WO2019186078A1 - Convertisseur npc quatre bras pour les véhicules électriques et chargeur bidirectionnel comprenant un tel convertisseur - Google Patents

Convertisseur npc quatre bras pour les véhicules électriques et chargeur bidirectionnel comprenant un tel convertisseur Download PDF

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converter
electrical
arm
switching device
correction
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Mustapha Debbou
David Frey
Nisith BHOWMICK
François COLET
Seddik Bacha
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Institut Vedecom
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Definitions

  • the present invention relates to a power factor correction converter which acts as a rectifier-inverter as used for example in the field of power electronics.
  • the present invention also relates to a reversible charger comprising such a converter configured to operate as a rectifier and, selectively, as an inverter.
  • new electric charging strategies are designed to take advantage of the growing number of electric vehicles. It is estimated that a motor vehicle remains unused about 95% of its life time; and the average use of an electric vehicle will use less than 80% of its battery capacity for commuting.
  • a strategy envisaged thus consists in exploiting these periods of non-use of electric vehicles to inject into the electricity grid a part of the electrical energy stored in their batteries when said electric vehicles are connected to said electrical network.
  • reversible chargers which, during a charging phase of the electric vehicle, to transfer electricity available on an electrical network to the battery of the electric vehicle.
  • This charging phase is comparable to that implemented in well-known unidirectional chargers.
  • the reversible chargers also make it possible, during a discharge phase of the electric vehicle, to transfer electrical energy stored on the batteries of the electric vehicle to the electricity grid in order to respond to the strong demands of electrical energy during consumption peaks, or in order to compensate for a temporary lack of electricity production by the electricity grid.
  • Reversible chargers are known in particular insulated or uninsulated with respect to the electrical network with which they are likely to be connected.
  • the disadvantage of known reversible chargers is mainly related to their lack of flexibility: these known reversible chargers do not make it possible to respond to a voltage dip on the electrical network: they must then be stopped.
  • the present invention aims to meet at least a large part of the above problems and also lead to other advantages by proposing a new converter to optimize a bidirectional operation of a reversible charger including such a converter and embedded in within an electric vehicle.
  • Another object of the present invention is to be able to reduce an imbalance of the electrical network via one or more electric vehicle (s).
  • Another object of the present invention is to reduce the size of such a reversing charger and its manufacturing costs.
  • a converter configured to be electrically connected to a plurality of electrical phases of an electrical network, said converter comprising:
  • each rectifying arm comprising a rectifying bridge formed by a first switching device and a second switching device, the first and second switching devices being electrically connected to each other at a common point; electrically connected to one of the electrical phases of the electrical network, each rectifying arm being electrically connected to a different electrical phase;
  • a voltage arm placed in shunt of all the rectifying arms comprising at least two output capacitors placed in series, a midpoint at the two output capacitors being electrically connected to each switching device of each arm of straightening through an output line.
  • the converter according to the first aspect of the invention comprises a device for correcting the phase shifts between the different electrical phases of the electrical network, said correction device being configured to minimize - and preferentially cancel - an electric current flowing in an electrical reference line of the electrical network.
  • the converter according to the first aspect of the invention is configured to correct a power factor of the electrical phases of the electrical network.
  • the electrical reference line of the electrical network is preferably an electrical neutral.
  • the converter according to the first aspect of the invention thus has an architecture of the NPC type, acronym for "Neutral Point Clamped” meaning Neutral Point Clamped.
  • each rectification arm is configured to provide rectification of a voltage present on one of the electrical phases of the electrical network to which the converter is connected.
  • the converter according to the first aspect of the invention comprises three rectifying arms and the device for correcting the phase differences between the different electrical phases of the electrical network. More particularly, the correction device is configured to:
  • the correction device will be described and specified later.
  • the converter according to the first aspect of the invention thus optimizes its operation, autonomously regulating a possible imbalance electrical interphases and / or electrical ripples of the electrical network.
  • the converter according to the first aspect of the invention may advantageously comprise at least one of the improvements below, the technical characteristics forming these improvements can be taken alone or in combination:
  • the correction device is formed by a converter correction arm, said correction arm being electrically connected to the electric reference line of the electrical network at an intermediate point, the correction arm comprising a first and a second device; switching devices arranged in series with each other and interconnected at the intermediate point;
  • the first and / or the second switching device of the correction device comprises at least one power transistor
  • the first switching device of the correction device comprises two power transistors placed in series with respect to one another, and the second switching device of the correction device comprises two power transistors placed in series, one for each other; relationship to the other; each power transistor of the correction device comprises a free-wheeling diode placed between a drain terminal and a source terminal of each power transistor;
  • each power transistor of the correction device is of the type of a MOSFET, acronym for "Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor” meaning Field Effect Transistor with Metal-Oxide-Semiconductor structure.
  • each power transistor can be of the type of a FET, which stands for Field Effect Transistor, or an IGBT, which stands for Insulated Gate Bipolar Transistor, which stands for Isolated Grid Bipolar Transistor.
  • each power transistor is of the doped type P;
  • each first and second switching device of the converter comprises a connection line electrically connected to the output line of the converter, the connection line connecting said output line to a common terminal to the two power transistors of said switching device;
  • each first and second switching device of the converter comprises a diode configured to prevent the flow of electric current from the output line to the corresponding switching device;
  • each rectifying arm of the converter comprises at least one power transistor
  • the first switching device of each rectifying arm comprises two power transistors placed in series with respect to each other, and the second switching device of each rectifying arm comprises two power transistors placed in series one with respect to the other;
  • each power transistor of each rectifying arm comprises a freewheeling diode placed between a drain terminal and a source terminal of each power transistor;
  • each power transistor of each rectifying arm is of the type of a MOSFET, acronym for "Metal Oxide Semiconductor Field Effect” Transistor “means Field Effect Transistor with Metal-Oxide-Semiconductor structure.
  • each power transistor can be of the type of a FET, which stands for Field Effect Transistor, or an IGBT, which stands for Insulated Gate Bipolar Transistor, which stands for Isolated Grid Bipolar Transistor.
  • each power transistor is of the doped type P;
  • the correction arm of the device for correcting the phase differences between the different electrical phases of the electrical network is located in parallel with the rectification arms of the converter. Preferably in an intermediate situation between the rectifying arms of the converter and the voltage arm;
  • the converter comprises at least one controller configured to (i) control at least one of the switching devices of the righting arms in order to rectify the corresponding electrical phases of the electrical network and to (i) control the correction device in order to correct the imbalances between said electrical phases. More particularly, the at least one controller corrects the imbalances between the electrical phases of the electrical network by minimizing or even canceling the electric current flowing in the correction arm. To do this, the controller controls the switching devices of the correction arm so as to generate a reverse electric current and of amplitude equal to the electric current flowing in said correction arm due to the imbalance between the electrical phases of the electrical network;
  • the converter comprises an input filter for each electrical phase and for the electrical reference line in order to shape corresponding electrical signals
  • the input filter of each electrical phase is of the type of an inductive filter.
  • a bidirectional charger comprising a converter according to the first aspect of the invention or according to any one of its improvements and at least one double active bridge switches.
  • the bidirectional charger comprises a single double active bridge for operating in single phase: the multi-phase electrical network - and preferably three-phase - is interfaced by the converter according to the first aspect of the invention. invention or according to any of its improvements to compensate for any electrical phase shifts between each electrical phase.
  • An output of the converter then feeds the single active double bridge to generate a single electrical signal transmitted to an electrical system, such as for example a battery of the electric vehicle on which the bidirectional charger is intended to be mounted.
  • the bidirectional charger comprises a plurality of active double bridges for operating in multi-phase: the multi-phase electrical network is interfaced by the converter according to the first aspect of the invention or according to any of its improvements to compensate for any electrical phase shifts between each electrical phase. An output of the converter then feeds the plurality of active double bridges to generate a plurality of electrical signals transmitted to an electrical system, such as for example a battery of the electric vehicle on which the bidirectional charger is to be mounted.
  • an electrical system such as for example a battery of the electric vehicle on which the bidirectional charger is to be mounted.
  • the bidirectional charger comprises three active double bridges intertwined to operate in three-phase.
  • the bidirectional charger according to the second aspect of the invention may advantageously comprise at least one of the improvements below, the technical characteristics forming these improvements can be taken alone or in combination:
  • each switch of each active double bridge are of the type of a transistor, and more preferably of the type of a MOSFET, acronym for "Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor” meaning Field Effect Transistor with Metal-Oxide-Semiconductor structure .
  • each switch may be of the type of a FET, which stands for “Field Effect Transistor” meaning Field Effect Transistor, or an IGBT, acronym for "Insulated. Bipolar Transistor Regulator »meaning Bipolar Isolated Grid Transistor;
  • the at least one active double bridge comprises an isolation transformer located between an input and an output of said at least one corresponding active double bridge.
  • FIG. 1 illustrates an exemplary embodiment of the converter according to the first aspect of the invention
  • FIGURE 2 illustrates a first embodiment of a bidirectional charger according to the second aspect of the invention, configured to operate in single phase;
  • FIGURE 3 illustrates a second embodiment of the bidirectional charger according to the second aspect of the invention, configured to operate in three-phase.
  • the illustrated converter is configured to be electrically connected to a plurality of electrical phases (U, V, W) of an unrepresented power grid, as well as to an electrical reference line (N), designated as the neutral. -after.
  • the converter too comprises a plurality of straightening arms no, and more particularly 3 straightening arms 110 in the example illustrated in FIG. 1.
  • Each straightening arm 110 comprises a straightening bridge formed by a first switching device 111 and a second switching device 112.
  • the first 111 and second 112 switching devices are electrically connected to each other at a common point (1611, 1621, 1631) electrically connected to one of the electrical phases (U, V, W) of the electricity network.
  • the converter 100 comprises:
  • a first rectifying arm 110a electrically coupled to a first electrical phase U at a first common point (1611) located between the first 111 and the second 112 switching device of said first rectifying arm 110a;
  • a second rectifying arm 110b electrically coupled to a second electrical phase V at a second common point (1621) situated between the first 111 and the second 112 switching device of said second rectifying arm 110b; a third righting arm that is electrically coupled to a third electrical phase W at a third common point (1631) located between the first 111 and second 112 switching device of said third righting arm 110c.
  • Each righting arm 110 is thus electrically connected to an electrical phase (U, V, W) different from the electrical network.
  • All righting arms 110 are shifted from one another, so that an output terminal of each first switching device 111 is electrically connected to a first output power line 101, and an output terminal of each second switching device 112 is electrically connected to a second output power line 102.
  • the converter 100 also comprises a voltage arm 120 placed in shunt of all the rectifying arms 110.
  • the voltage arm 120 comprises two output capacitors 131, 132 placed in series. one of the other, between the first 101 and second 102 electrical output line of the converter 100.
  • a midpoint 133 to the two output capacitors 131, 132 is electrically connected to each switching device 111, 112 of each arm of rectification 110 via an output line 160.
  • the output line 160 is connected to each rectifying arm 110 via a connecting line 165 which electrically connects the first 111 and the second 112 switching device of the righting arm 110 corresponding to the output line 160 at an electrical node 1601.
  • the electrical nodes 1601 of the intersections of the connection line 165 of each rectifying arm 110 with the output line 160 are at the same electrical potentials, or even at a very close electrical potential.
  • connection line 165 of each rectifying arm 110 comprises a control diode D9, D10 at each of its ends in order to prevent the flow of an electric current from the output line. 160 to the switching device 121, 122 of the corresponding righting arm 110.
  • the converter also comprises a device for correcting the phase shifts 125 between the different electrical phases U, V, W of the electrical network.
  • the correction device 125 is configured to minimize - and preferably to cancel - an electric current flowing in a neutral N of the electrical network.
  • the correction device 125 is formed by a correction arm 120 of the converter 100 and electrically connected to the neutral N of the electrical network at an intermediate point 1641.
  • the correction arm 120 comprises a first 121 and a second 122 switching device arranged in series with each other and interconnected at the intermediate point 1641.
  • the first 121 and the second 122 switching device of the correction device 125 comprise two power transistors 1211, 1212, 1221, 1222: the first switching device 121 of the correction device 125 comprises two power transistors 1211, 1212 placed in series with respect to each other, and the second switching device 122 of the correction device 125 comprises two power transistors 1221, 1222 placed in series with respect to each other. 'other.
  • each power transistor 1211, 1212, 1221, 1222 of the correction device 125 is of the type of a MOSFET. Moreover, each power transistor 1211, 1212, 1221, 1222 of the correction device 125 comprises a freewheeling diode D5, D6, D7, D8 placed between a drain terminal and a source terminal of each power transistor 1211, 1212. 1221, 1222 of the correction device 125.
  • the output line 160 of the converter 100 according to the first aspect of the invention is electrically connected to the correction arm 120 via a line 166 which electrically connects the first 121 and second 122 switching device of the correction arm. 120 to the output line 160 at a second electrical node 1602.
  • the electrical nodes 1601 of the intersections of the connecting line 165 of each righting arm 110 with the output line 160 and the second electrical node 1602 of the intersection of the line 166 with said line of connection. output 160 are all the same electrical potentials, or even a very close electric potential.
  • the line 166 comprises a control diode D1, D12 at each of its ends in order to prevent the flow of an electric current from the output line 160 to the switching device 121. 122 of the correction arm 120.
  • the first 111 and second 112 switching device of each rectifying arm 110 of the converter 100 comprises two power transistors 1111, 1112, 1121, 1122 placed in series with respect to each other.
  • the first switching device 111 comprises a first 1111 and a second 1112 power transistors arranged in series from each other via a terminal at the same electrical potential of each of said two power transistors.
  • the second switching device 112 comprises a first 1121 and a second 1122 power transistors arranged in series from each other via a terminal at the same electrical potential of each. said two power transistors 1121, 1122.
  • Each power transistor 1111, 1112, 1121, 1122 of each rectifying arm 110 of the converter 100 according to the first aspect of the invention comprises a free-wheeling diode Di, D2, D3, D4 placed between a drain terminal and a source terminal. said power transistor 1111, 1112, 1121, 1122 corresponding.
  • the converter 100 also comprises an input filter 150 for conditioning each of the electrical phases U, V, W and the neutral N of the electrical network.
  • the input filter 150 advantageously comprises an inductive filter 151, 152, 153, 154 on each of the electrical phases U, V, W and the neutral N of the electrical network, an inductance value of each inductive filter 151 , 152, 153, 154 may be the same or different from at least one other value of said inductive filters 151, 152, 153, 154.
  • the converter 100 makes it possible to detect and regulate the imbalance between the different electrical phases U, V, W of the electrical network.
  • the converter 100 allows converting alternating electric signals of the electrical network, present on each of the electrical phases U, V, W, into an available direct electrical signal between its two output terminals Si, S2.
  • the converter 100 is thus configured to interleave the electrical signals present on each of the electrical phases U, V, W through the righting arms 110, and thus to provide a less corrugated electrical output signal.
  • the converter 100 In order to control and regulate the imbalance between the electrical phases U, V, W of the electrical network, the converter 100 detects and / or measures and / or regulates the electric current on the neutral N of the electrical network, so as to minimize or even cancel the electrical current circulating in the correction arm 120.
  • the converter 100 according to the first aspect of the invention also comprises at least one controller 140 which is configured to drive at least one of the switching devices 111, 112 of the arms of rectification 110 in order to rectify the corresponding electrical phases U, V, W of the electrical network, and to drive the correction device 125 in order to correct the imbalances between the said electrical phases U, V, W.
  • the at least one controller 140 corrects the imbalances between the electrical phases U, V, W of the electrical network by minimizing or canceling the electric current flowing in the bra
  • the at least one controller 140 controls the switching devices 121, 122 of the correction arm 120 so as to generate an opposite electric current of magnitude equal to the electric current flowing in said arm correction 120 due to the imbalance between the electrical phases U, V, W of the electrical network.
  • the at least one controller 140 is configured to perform a so-called DQN transformation in order to determine the electric current to be generated in the correction arm 120 to minimize or cancel the electric current flowing in said correction arm 120 due to the imbalance between the electrical phases U, V, W of the electrical network.
  • FIG. 2 illustrates a first embodiment of a bidirectional charger 10 according to the second aspect of the invention, configured to operate in single phase.
  • the bidirectional charger 10 illustrated in FIG. 2 is configured to, alternatively, convert a three-phase electrical signal originating from the electrical phases U, V, W of an electrical network into a continuous electrical signal available on the terminals of FIG. output S3, S4 - usable for charging an electric vehicle battery, for example - or for converting a continuous electrical signal - from an electric vehicle battery for example - into a three-phase electrical signal that can be re-injected into the electrical network.
  • the bidirectional charger 10 illustrated in FIG. 2 comprises the converter 100 according to the first aspect of the invention and as illustrated above, as well as a single active double bridge 200.
  • the active double bridge 200 is electrically connected to the converter 100 between its output terminals Si, S2.
  • the active dual-bridge comprises a plurality of switches 211-214, 221-224. More particularly, each switch 211-214, 221-224 is formed by a power transistor, preferably of the type of a MOSFET. Optionally, each power transistor of the active double bridge can be of the type of a FET, an IGBT, as described above.
  • the double active bridge 200 thus comprises a first stage 210 comprising a first branch formed by two first switches 211, 214 and a second branch formed by two second switches 212, 213.
  • the first switches 211, 214 forming the first branch of the active double bridge 200 are arranged in series between the output terminals Si, S2 of the converter 100.
  • the second switches 212, 213 forming the second branch of the double active bridge 200 are arranged in series between the output terminals Si, S2 of the converter 100, so that the second switches 212, 213 are collectively arranged in parallel with the first switches 211, 214.
  • the double active bridge 200 of the bidirectional charger 10 illustrated in FIGURE 2 also includes an isolation transformer 230 located between an input and an output of said double active bridge 200. More particularly, the isolation transformer 230 is electrically connected to each first and second branches of the first stage 210 of the double active bridge 200. Thus, a first electrical terminal of the isolation transformer 230 is electrically connected to a midpoint 216 of the first branch, said midpoint 216 of said first branch being located between the first switches 211, 214. Similarly, a second electrical terminal of the isolation transformer 230 is electrically connected to a midpoint 217 of the second branch, said midpoint 217 of said second branch being located between the second switches 212, 213.
  • the first and second terminals of the isolation transformer 230 respectively correspond to a first and a second end of a primary electrical winding 232 of said isolation transformer.
  • the isolation transformer 230 also comprises an inductive filter between the midpoint 216 of the first branch and the first terminal of the primary winding 232 of said isolation transformer 230.
  • the double active bridge 200 of the bidirectional charger 10 comprises a second stage 220 comprising a first branch formed by two first switches 221, 224 and a second branch formed by two second switches 222, 223.
  • the first switches 221, 224 forming the first branch of the second stage 220 of the double active bridge 200 are arranged in series between output terminals S3, S4 of the active double bridge 200.
  • the second switches 222, 223 forming the second branch of the second stage 220 of the double active bridge 200 are arranged in series between the output terminals S3, S4 of the double active bridge 200, so that said second switches 222, 223 are collectively arranged in parallel with said first switches 221. , 224.
  • the secondary winding 233 of the isolation transformer 230 is electrically connected to each first and second branches of the second stage 220 of the double active bridge 200.
  • a first electrical terminal of the secondary winding 233 of the isolation transformer 230 is connected. electrically at a midpoint 226 of the first branch of the second stage 220, said midpoint 226 of said first branch being located between the first switches 221, 224 of said second stage 220.
  • a second electrical terminal of the secondary winding 233 of the isolation transformer 230 is electrically connected to a midpoint 227 of the second branch of the second second stage 220, said midpoint 227 of said second branch being located between the second switches 222, 223 of said second stage 220.
  • Active dual bridge 200 also includes a first controller 215 configured to drive each first stage switch 211-214, and a second controller 225 configured to drive each second stage switch 221-224.
  • first 215 and second 225 controllers are grouped into a single controller, which may possibly be common with the controller 140 of the converter 100.
  • FIG. 3 illustrates a second exemplary embodiment of the bidirectional charger 10 according to the second aspect of the invention, configured to operate in three-phase.
  • the bidirectional charger 10 illustrated in FIG. 3 is configured to, alternatively, convert a three-phase electrical signal originating from the electrical phases U, V, W of an electrical network into a continuous electrical signal available on the terminals of FIG. output S3, S4 - usable for charging an electric vehicle battery, for example - or for converting a continuous electrical signal - from an electric vehicle battery for example - into a three-phase electrical signal that can be re-injected into the electrical network.
  • the bidirectional charger 10 illustrated in FIG. 3 comprises the converter 100 according to the first aspect of the invention and as illustrated above, as well as three active double bridges 200a, 200b, 200c.
  • Each double active bridge 200 is electrically connected to the converter 100 at its output terminals Si, S2. More particularly, the three active double bridges 200 of the bidirectional feeder 10 illustrated in FIG. 3 are all arranged in shunt with respect to each other, so that the switches of the first stage 210 of each double active bridge 200 are biased between the terminals. output Si, S2 of the converter.
  • each double active bridge 200 of the bi-directional charger 10 illustrated in FIG. 3 are electrically connected to the primary winding 232 of FIG. isolation transformer 230, as previously described with reference to FIGURE 2; and the second stages 220 of each double active bridge 200 of the bidirectional charger 10 illustrated in FIG. 3 are electrically connected to the secondary winding 233 of the isolation transformer 230, as previously described with reference to FIG. 2.
  • the invention relates in particular to a converter 100 comprising a plurality of rectifying arms 110, in particular for rectifying the alternative electrical signals available on the electrical phases U, V, W of an electrical network.
  • the converter 100 also comprises a correction arm 120 which determines an amplitude of electric current flowing in a neutral N of the electrical network and which generates an opposite electric current of equal amplitude, if not close.
  • the invention also relates to a bidirectional charger 10 comprising such a converter 100 as well as one or more active double bridges 200, so that an output S3, S4 of the active double bridges 200 is electrically isolated from the converter 100.

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Abstract

En synthèse, l'invention concerne notamment un convertisseur (100) comprenant une pluralité de bras de redressement (110) permettant notamment de redresser des signaux électriques alternatifs disponibles sur les phases électriques (U, V, W) d'un réseau électrique. Afin d'équilibrer les signaux électriques provenant des phases électriques (U, V, W) du réseau électrique, et afin de limiter une amplitude de modulation du signal continu généré par le convertisseur (100) entre ses bornes de sortie (S1, S2), le convertisseur (100) comprend aussi un bras de correction (120) qui détermine une amplitude de courant électrique circulant dans un neutre (N) du réseau électrique et qui génère un courant électrique opposé et d'amplitude égale, sinon proche. L'invention concerne aussi un chargeur bidirectionnel (10) comprenant un tel convertisseur (100) ainsi qu'un ou plusieurs doubles ponts actifs (200), de sorte qu'une sortie (S3, S4) des doubles ponts actifs (200) soit électriquement isolée du convertisseur (100.

Description

« Convertisseur NPC quatre bras pour les véhicules électriques et chargeur bidirectionnel comprenant un tel convertisseur »
Domaine technique
La présente invention revendique la priorité de la demande française 1852814 déposée le 30 mars 2018 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
La présente invention concerne un convertisseur à correction de facteur de puissance qui joue le rôle de redresseur-onduleur tel qu’utilisé par exemple dans le domaine de l’électronique de puissance. La présente invention concerne aussi un chargeur réversible comprenant un tel convertisseur configuré pour fonctionner comme un redresseur et, sélectivement, comme un onduleur.
État de la technique antérieure
Dans le domaine des transports, l’industrie automobile est soumise à des normes d’émission de rejets polluants très contraignantes qui conduisent à une véritable mutation technologique afin de réduire notamment les émissions de CO2. Ces contraintes conduisent à concevoir des véhicules électriques dont des architectures peuvent être hybrides ou complètement électriques.
L’augmentation toujours croissante du nombre de ces véhicules électriques dans le parc automobile en circulation impose le développement de systèmes de recharges sûrs, ergonomiques et efficaces. De tels systèmes de recharges doivent être conçus en tenant compte de l’impact de l’arrivée massive des véhicules électriques, et principalement au regard de la stabilité du réseau électrique.
Par ailleurs, de nouvelles stratégies de recharge électrique sont conçues afin de tirer parti du nombre croissant de véhicules électriques. On estime qu’un véhicule automobile reste inutilisé environ 95% de son temps de vie ; et l’utilisation moyenne d’un véhicule électrique utilisera moins de 80% de la capacité de sa batterie pour les trajets quotidiens. Une stratégie envisagée consiste ainsi à exploiter ces périodes de non-utilisation des véhicules électriques pour injecter sur le réseau électrique une partie de l’énergie électrique stockée dans leurs batteries lorsque lesdits véhicules électriques sont raccordés audit réseau électrique.
À cet effet, on connaît des chargeurs réversibles qui permettent, durant une phase de recharge du véhicule électrique, de transférer de l’électricité disponible sur un réseau électrique vers la batterie du véhicule électrique. Cette phase de recharge est comparable à celle mise en œuvre dans les chargeurs unidirectionnels bien connus. En revanche, de manière moins traditionnelle, les chargeurs réversibles permettent aussi, durant une phase de décharge du véhicule électrique, de transférer une énergie électrique stockée sur les batteries du véhicule électrique vers le réseau électrique afin de répondre aux fortes sollicitations d’énergie électrique durant les pics de consommation, ou afin de pallier à une insuffisance temporaire de production électrique par le réseau électrique.
On connaît notamment des chargeurs réversibles isolés ou non isolés par rapport au réseau électrique avec lequel ils sont susceptibles d’être connectés. L’inconvénient des chargeurs réversibles connus est principalement lié à leur manque de flexibilité : ces chargeurs réversibles connus ne permettent pas de répondre à un creux de tension sur le réseau électrique : ils doivent alors être arrêtés.
La présente invention a pour objet de répondre au moins en grande partie aux problèmes précédents et de conduire en outre à d’autres avantages en proposant un nouveau convertisseur permettant d’optimiser un fonctionnement bidirectionnel d’un chargeur réversible comprenant un tel convertisseur et embarqué au sein d’un véhicule électrique.
Un autre but de la présente invention est de pouvoir réduire un déséquilibre du réseau électrique par l’intermédiaire d’un ou plusieurs véhicule(s) électrique(s).
Un autre but de la présente invention est de réduire l’encombrement d’un tel chargeur réversif ainsi que ses coûts de fabrication.
Exposé de l’invention Selon un premier aspect de l’invention, on atteint au moins l’un des objectifs précités avec un convertisseur configuré pour être connecté électriquement à une pluralité de phases électriques d’un réseau électrique, ledit convertisseur comprenant :
- une pluralité de bras de redressement, chaque bras de redressement comprenant un pont redresseur formé par un premier dispositif de commutation et un deuxième dispositif de commutation, le premier et le deuxième dispositif de commutation étant reliés électriquement entre eux au niveau d’un point commun relié électriquement à l’une des phases électriques du réseau électrique, chaque bras de redressement étant relié électriquement à une phase électrique différente ;
- un bras de tension placé en dérivation de tous les bras de redressement, le bras de tension comprenant au moins deux condensateurs de sortie placés en série, un point milieu aux deux condensateurs de sortie étant relié électriquement à chaque dispositif de commutation de chaque bras de redressement par l’intermédiaire d’une ligne de sortie.
Le convertisseur conforme au premier aspect de l’invention comprend un dispositif de correction des déphasages entre les différentes phases électriques du réseau électrique, ledit dispositif de correction étant configuré pour minimiser - et préférentiellement annuler - un courant électrique circulant dans une ligne de référence électrique du réseau électrique. En d’autres termes, le convertisseur conforme au premier aspect de l’invention est configuré pour corriger un facteur de puissance des phases électriques du réseau électrique.
De manière non limitative, la ligne de référence électrique du réseau électrique est préférentiellement un neutre électrique.
Le convertisseur conforme au premier aspect de l’invention possède ainsi une architecture du type NPC, acronyme anglais de « Neutral Point Clamped » signifiant Point Neutre Clampé.
Dans le convertisseur conforme au premier aspect de l’invention, chaque bras de redressement est configuré pour assurer un redressement d’une tension électrique présente sur l’une des phases électriques du réseau électrique auquel le convertisseur est connecté. Préférentiellement, le convertisseur conforme au premier aspect de l’invention comprend trois bras de redressement et le dispositif de correction des déphasages entre les différentes phases électriques du réseau électrique. Plus particulièrement, le dispositif de correction est configuré pour :
- détecter et quantifier un courant électrique circulant sur la ligne de référence électrique du réseau électrique ;
- minimiser, voire annuler le courant électrique en générant un courant électrique de correction qui permet de rééquilibrer les phases électriques au niveau du convertisseur.
Le dispositif de correction sera décrit et précisé ultérieurement.
Le convertisseur conforme au premier aspect de l’invention permet ainsi d’optimiser son fonctionnement, en régulant de manière autonome un éventuel déséquilibre interphases électriques et/ou des ondulations électriques du réseau électrique.
Le convertisseur conforme au premier aspect de l’invention peut comprendre avantageusement au moins un des perfectionnements ci-dessous, les caractéristiques techniques formant ces perfectionnements pouvant être prises seules ou en combinaison :
- le dispositif de correction est formé par un bras de correction du convertisseur, ledit bras de correction étant relié électriquement à la ligne de référence électrique du réseau électrique au niveau d’un point intermédiaire, le bras de correction comprenant un premier et un deuxième dispositif de commutation disposés en série l’un de l’autre et reliés entre eux au niveau du point intermédiaire ;
- le premier et/ou le deuxième dispositif de commutation du dispositif de correction comprend au moins un transistor de puissance ;
- le premier dispositif de commutation du dispositif de correction comprend deux transistors de puissances placés en série l’un par rapport à l’autre, et le deuxième dispositif de commutation du dispositif de correction comprend deux transistors de puissances placés en série l’un par rapport à l’autre ; - chaque transistor de puissance du dispositif de correction comprend une diode de roue libre placée entre une borne drain et une borne source de chaque transistor de puissance ;
- chaque transistor de puissance du dispositif de correction est du type d’un MOSFET, acronyme anglais pour « Métal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » signifiant Transistor à Effet de champ à structure Métal-Oxyde- Semiconducteur. Alternativement, chaque transistor de puissance peut être du type d’un FET, acronyme anglais pour « Field Effect Transistor » signifiant Transistor à Effet de Champ, ou un IGBT, acronyme anglais pour « Insulated Gâte Bipolar Transistor » signifiant Transistor Bipolaire à Grille Isolée. Préférentiellement, chaque transistor de puissance est du type dopé P ;
- chaque premier et deuxième dispositif de commutation du convertisseur comprend une ligne de raccordement relié électriquement à la ligne de sortie du convertisseur, la ligne de raccordement reliant ladite ligne de sortie à une borne commune aux deux transistors de puissance dudit dispositif de commutation ;
- la ligne de raccordement de chaque premier et deuxième dispositif de commutation du convertisseur comprend une diode configurée pour empêcher la circulation d’un courant électrique depuis la ligne de sortie vers le dispositif de commutation correspondant ;
- le premier et/ou le deuxième dispositif de commutation de chaque bras de redressement du convertisseur comprend au moins un transistor de puissance ;
- le premier dispositif de commutation de chaque bras de redressement comprend deux transistors de puissances placés en série l’un par rapport à l’autre, et le deuxième dispositif de commutation de chaque bras de redressement comprend deux transistors de puissances placés en série l’un par rapport à l’autre ;
- chaque transistor de puissance de chaque bras de redressement comprend une diode de roue libre placée entre une borne drain et une borne source de chaque transistor de puissance ;
- chaque transistor de puissance de chaque bras de redressement est du type d’un MOSFET, acronyme anglais pour « Métal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » signifiant Transistor à Effet de champ à structure Métal-Oxyde- Semiconducteur. Alternativement, chaque transistor de puissance peut être du type d’un FET, acronyme anglais pour « Field Effect Transistor » signifiant Transistor à Effet de Champ, ou un IGBT, acronyme anglais pour « Insulated Gâte Bipolar Transistor » signifiant Transistor Bipolaire à Grille Isolée. Préférentiellement, chaque transistor de puissance est du type dopé P ;
- le bras de correction du dispositif de correction des déphasages entre les différentes phases électriques du réseau électrique est situé en parallèle des bras de redressement du convertisseur. Préférentiellement dans une situation intermédiaire entre les bras de redressement du convertisseur et le bras de tension ;
- le convertisseur comprend au moins un contrôleur configuré pour (i) piloter au moins un des dispositifs de commutation des bras de redressement afin de redresser les phases électriques correspondantes du réseau électrique et pour (i) piloter le dispositif de correction afin de corriger les déséquilibres entre lesdites phases électriques. Plus particulièrement, l’au moins un contrôleur corrige les déséquilibres entre les phases électriques du réseau électriques en minimisant voire annulant le courant électrique circulant dans le bras de correction. Pour ce faire, le contrôleur pilote les dispositifs de commutation du bras de correction de manière à générer un courant électrique inverse et d’amplitude égale au courant électrique circulant dans ledit bras de correction du fait du déséquilibre entre les phases électriques du réseau électrique ;
- le convertisseur comprend un filtre d’entrée pour chaque phase électrique et pour la ligne de référence électrique afin de mettre en forme des signaux électriques correspondants ;
- le filtre d’entrée de chaque phase électrique est du type d’un filtre inductif.
Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé un chargeur bidirectionnel comprenant convertisseur conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements et au moins un double pont actif de commutateurs. Selon un premier mode de réalisation préféré du deuxième aspect de l’invention, le chargeur bidirectionnel comprend un seul double pont actif permettant de fonctionner en monophasé : le réseau électrique pluriphasé - et préférentiellement triphasé - est interfacé par le convertisseur conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements afin de compenser les éventuels déphasages électriques entre chaque phase électrique. Une sortie du convertisseur alimente alors l’unique double pont actif afin de générer un seul signal électrique transmis à un système électrique, tel que par exemple une batterie du véhicule électrique sur lequel le chargeur-bidirectionnel est destiné à être monté.
Selon un deuxième mode de réalisation préféré du deuxième aspect de l’invention, le chargeur bidirectionnel comprend une pluralité de doubles ponts actifs permettant de fonctionner en pluriphasé : le réseau électrique pluriphasé est interfacé par le convertisseur conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements afin de compenser les éventuels déphasages électriques entre chaque phase électrique. Une sortie du convertisseur alimente alors la pluralité de doubles ponts actifs afin de générer une pluralité de signaux électriques transmis à un système électrique, tel que par exemple une batterie du véhicule électrique sur lequel le chargeur-bidirectionnel est destiné à être monté.
De manière avantageuse, dans le deuxième mode de réalisation préféré du deuxième aspect de l’invention, le chargeur bidirectionnel comprend trois doubles ponts actifs entrelacés afin de fonctionner en triphasé.
De manière avantageuse, le chargeur bidirectionnel conforme au deuxième aspect de l’invention peut comprendre avantageusement au moins un des perfectionnements ci- dessous, les caractéristiques techniques formant ces perfectionnements pouvant être prises seules ou en combinaison :
- les commutateurs de chaque double pont actif sont du type d’un transistor, et préférentiellement encore du type d’un MOSFET, acronyme anglais pour « Métal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » signifiant Transistor à Effet de champ à structure Métal-Oxyde-Semiconducteur. Alternativement, chaque commutateur peut être du type d’un FET, acronyme anglais pour « Field Effect Transistor » signifiant Transistor à Effet de Champ, ou d’un IGBT, acronyme anglais pour « Insulated. Gâte Bipolar Transistor » signifiant Transistor Bipolaire à Grille Isolée ;
- l’au moins un double pont actif comprend un transformateur d’isolation situé entre une entrée et une sortie dudit au moins un double pont actif correspondant.
Des modes de réalisation variés de l’invention sont prévus, intégrant selon l’ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici.
Description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
- la FIGURE 1 illustre un exemple de réalisation du convertisseur conforme au premier aspect de l’invention ;
- la FIGURE 2 illustre un premier exemple de réalisation d’un chargeur bidirectionnel conforme au deuxième aspect de l’invention, configuré pour fonctionner en monophasé ;
- la FIGURE 3 illustre un deuxième exemple de réalisation du chargeur bidirectionnel conforme au deuxième aspect de l’invention, configuré pour fonctionner en triphasé.
Bien entendu, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.
En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence et d’autres s’adaptent à chaque configuration.
Description détaillée de l’invention
En référence à la FIGURE 1, un exemple de réalisation du convertisseur îoo conforme au premier aspect de l’invention est illustré. Le convertisseur îoo illustré est configuré pour être connecté électriquement à une pluralité de phases électriques (U, V, W) d’un réseau électrique non représenté, ainsi qu’à une ligne de référence électrique (N), désignée comme étant le neutre ci-après.
Le convertisseur too comprend une pluralité de bras de redressement no, et plus particulièrement 3 bras de redressement 110 dans l’exemple illustré sur la FIGURE 1. Chaque bras de redressement 110 comprend un pont redresseur formé par un premier dispositif de commutation 111 et un deuxième dispositif de commutation 112. Le premier 111 et le deuxième 112 dispositifs de commutation sont reliés électriquement entre eux au niveau d’un point commun (1611, 1621, 1631) relié électriquement à l’une des phases électriques (U, V, W) du réseau électrique. Plus particulièrement, le convertisseur 100 comprend :
- un premier bras de redressement 110a couplé électriquement à une première phase électrique U au niveau d’un premier point commun (1611) situé entre le premier 111 et le deuxième 112 dispositif de commutation dudit premier bras de redressement 110a ;
- un deuxième bras de redressement 110b couplé électriquement à une deuxième phase électrique V au niveau d’un deuxième point commun (1621) situé entre le premier 111 et le deuxième 112 dispositif de commutation dudit deuxième bras de redressement 110b ; - un troisième bras de redressement noc couplé électriquement à une troisième phase électrique W au niveau d’un troisième point commun (1631) situé entre le premier 111 et le deuxième 112 dispositif de commutation dudit troisième bras de redressement 110c.
Chaque bras de redressement 110 est ainsi relié électriquement à une phase électrique (U, V, W) différente du réseau électrique.
Tous les bras de redressement 110 sont situés en dérivation des uns des autres, de sorte qu’une borne de sortie de chaque premier dispositif de commutation 111 est connectée électriquement à une première ligne électrique de sortie 101, et une borne de sortie de chaque deuxième dispositif de commutation 112 est connectée électriquement à une deuxième ligne électrique de sortie 102.
Complémentairement, le convertisseur 100 comprend aussi un bras de tension 120 placé en dérivation de tous les bras de redressement 110. Dans l’exemple illustré sur la FIGURE 1, le bras de tension 120 comprend deux condensateurs de sortie 131, 132 placés en série l’un de l’autre, entre la première 101 et la deuxième 102 ligne électrique de sortie du convertisseur 100. Un point milieu 133 aux deux condensateurs de sortie 131, 132 est relié électriquement à chaque dispositif de commutation 111, 112 de chaque bras de redressement 110 par l’intermédiaire d’une ligne de sortie 160. Plus particulièrement, la ligne de sortie 160 est reliée à chaque bras de redressement 110 par l’intermédiaire d’une ligne de raccordement 165 qui relie électriquement le premier 111 et le deuxième 112 dispositif de commutation du bras de redressement 110 correspondant à la ligne de sortie 160 au niveau d’un nœud électrique 1601.
De manière avantageuse, les nœuds électriques 1601 des intersections de la ligne de raccordement 165 de chaque bras de redressement 110 avec la ligne de sortie 160 sont aux mêmes potentiels électriques, voire à un potentiel électrique très proche.
Dans l’exemple illustré sur la FIGURE 1, la ligne de raccordement 165 de chaque bras de redressement 110 comprend une diode de contrôle D9, D10 à chacune de ses extrémités afin d’éviter la circulation d’un courant électrique depuis la ligne de sortie 160 vers le dispositif de commutation 121, 122 du bras de redressement 110 correspondant. Conformément au premier aspect de l’invention, le convertisseur îoo comprend aussi un dispositif de correction des déphasages 125 entre les différentes phases électriques U, V, W du réseau électrique. Le dispositif de correction 125 est configuré pour minimiser - et préférentiellement pour annuler - un courant électrique circulant dans un neutre N du réseau électrique.
Plus particulièrement, le dispositif de correction 125 est formé par un bras de correction 120 du convertisseur 100 et relié électriquement au neutre N du réseau électrique au niveau d’un point intermédiaire 1641. Le bras de correction 120 comprend un premier 121 et un deuxième 122 dispositif de commutation disposés en série l’un de l’autre et reliés entre eux au niveau du point intermédiaire 1641.
Dans l’exemple illustré sur la FIGURE 1, le premier 121 et le deuxième 122 dispositif de commutation du dispositif de correction 125 comprennent deux transistors de puissance 1211, 1212, 1221, 1222 : le premier dispositif de commutation 121 du dispositif de correction 125 comprend deux transistors de puissances 1211, 1212 placés en série l’un par rapport à l’autre, et le deuxième dispositif de commutation 122 du dispositif de correction 125 comprend deux transistors de puissances 1221, 1222 placés en série l’un par rapport à l’autre.
De manière avantageuse, chaque transistor de puissance 1211, 1212, 1221, 1222 du dispositif de correction 125 est du type d’un MOSFET. Par ailleurs, chaque transistor de puissance 1211, 1212, 1221, 1222 du dispositif de correction 125 comprend une diode de roue libre D5, D6, D7, D8 placée entre une borne drain et une borne source de chaque transistor de puissance 1211, 1212, 1221, 1222 du dispositif de correction 125.
La ligne de sortie 160 du convertisseur 100 conforme au premier aspect de l’invention est reliée électriquement au bras de correction 120 par l’intermédiaire d’une ligne 166 qui relie électriquement le premier 121 et le deuxième 122 dispositif de commutation du bras de correction 120 à la ligne de sortie 160 au niveau d’un deuxième nœud électrique 1602.
De manière avantageuse, les nœuds électriques 1601 des intersections de la ligne de raccordement 165 de chaque bras de redressement 110 avec la ligne de sortie 160 et le deuxième nœud électrique 1602 de l’intersection de la ligne 166 avec ladite ligne de sortie 160 sont tous aux mêmes potentiels électriques, voire à un potentiel électrique très proche.
Dans l’exemple illustré sur la FIGURE 1, la ligne 166 comprend une diode de contrôle Du, D12 à chacune de ses extrémités afin d’éviter la circulation d’un courant électrique depuis la ligne de sortie 160 vers le dispositif de commutation 121, 122 du bras de correction 120.
Dans l’exemple illustré sur la FIGURE 1, le premier 111 et le deuxième 112 dispositif de commutation de chaque bras de redressement 110 du convertisseur 100 conforme au premier aspect de l’invention comprend deux transistors de puissances 1111, 1112, 1121, 1122 placés en série l’un par rapport à l’autre. En particulier, le premier dispositif de commutation 111 comprend un premier 1111 et un deuxième 1112 transistors de puissance disposés en série l’un de l’autre par l’intermédiaire d’une borne à un même potentiel électrique de chacun desdits deux transistors de puissance 1111, 1112. De manière analogue, le deuxième dispositif de commutation 112 comprend un premier 1121 et un deuxième 1122 transistors de puissance disposés en série l’un de l’autre par l’intermédiaire d’une borne à un même potentiel électrique de chacun desdits deux transistors de puissance 1121, 1122.
Chaque transistor de puissance 1111, 1112, 1121, 1122 de chaque bras de redressement 110 du convertisseur 100 conforme au premier aspect de l’invention comprend une diode de roue libre Di, D2, D3, D4 placée entre une borne drain et une borne source dudit transistor de puissance 1111, 1112, 1121, 1122 correspondant.
Le convertisseur 100 conforme au premier aspect de l’invention comprend aussi un filtre d’entrée 150 permettant de conditionner chacune des phases électriques U, V, W et le neutre N du réseau électrique. À cet effet, le filtre d’entrée 150 comprend avantageusement un filtre inductif 151, 152, 153, 154 sur chacune des phases électriques U, V, W et le neutre N du réseau électrique, une valeur d’inductance de chaque filtre inductif 151, 152, 153, 154 pouvant être identique ou différente par rapport à au moins une autre valeur desdits filtres inductifs 151, 152, 153, 154.
Comme décrit précédemment, le convertisseur 100 conforme au premier aspect de l’invention permet de détecter et de réguler le déséquilibre entre les différentes phases électriques U, V, W du réseau électrique. À cet effet, le convertisseur 100 permet de convertir des signaux électriques alternatifs du réseau électrique, présents sur chacune des phases électrique U, V, W, en un signal électrique continu disponible entre ses deux bornes de sortie Si, S2.
Le convertisseur 100 conforme au premier aspect de l’invention est ainsi configuré pour entrelacer les signaux électriques présents sur chacune des phases électriques U, V, W grâce aux bras de redressement 110, et de fournir ainsi un signal électrique de sortie moins ondulé.
Ce meilleur contrôle du signal électrique continu délivré en sortie permet ainsi de minimiser les capacités des condensateurs de sortie 131, 132, du fait de la moindre dérivation dudit signal électrique de sortie. Consécutivement, la minimisation des valeurs de capacité des condensateurs de sortie 131, 132 permet de réduire leurs dimensions et l’encombrement général du convertisseur conforme au premier aspect de l’invention.
Afin de contrôler et réguler le déséquilibre entre les phases électriques U, V, W du réseau électrique, le convertisseur 100 détecte et/ou mesure et/ou régule le courant électrique sur le neutre N du réseau électrique, de manière à minimiser voire annuler le courant électrique circulant dans le bras de correction 120. À cet effet, le convertisseur 100 conforme au premier aspect de l’invention comprend aussi au moins un contrôleur 140 qui est configuré pour piloter au moins un des dispositifs de commutation 111, 112 des bras de redressement 110 afin de redresser les phases électriques U, V, W correspondantes du réseau électrique, et pour piloter le dispositif de correction 125 afin de corriger les déséquilibres entre lesdites phases électriques U, V, W. Plus particulièrement, l’au moins un contrôleur 140 corrige les déséquilibres entre les phases électriques U, V, W du réseau électrique en minimisant ou annulant le courant électrique circulant dans le bras de correction 120. Pour ce faire, l’au moins un contrôleur 140 pilote les dispositifs de commutation 121, 122 du bras de correction 120 de manière à générer un courant électrique opposé et d’amplitude égale au courant électrique circulant dans ledit bras de correction 120 du fait du déséquilibre entre les phases électriques U, V, W du réseau électrique. À titre d’exemple non limitatif, l’au moins un contrôleur 140 est configuré pour réaliser une transformation dite DQN afin de déterminer le courant électrique à générer dans le bras de correction 120 de manière à minimiser ou annuler le courant électrique circulant dans ledit bras de correction 120 du fait du déséquilibre entre les phases électriques U, V, W du réseau électrique.
La FIGURE 2 illustre un premier exemple de réalisation d’un chargeur bidirectionnel 10 conforme au deuxième aspect de l’invention, configuré pour fonctionner en monophasé. En d’autres termes, le chargeur bidirectionnel 10 illustré sur la FIGURE 2 est configuré pour, alternativement, convertir un signal électrique triphasé provenant des phases électriques U, V, W d’un réseau électrique en un signal électrique continu disponible sur les bornes de sortie S3, S4 - utilisable pour charger une batterie de véhicule électrique par exemple - ou pour convertir un signal électrique continu - provenant d’une batterie de véhicule électrique par exemple - en un signal électrique triphasé réinjectable sur le réseau électrique.
Le chargeur bidirectionnel 10 illustré sur la FIGURE 2 comprend le convertisseur 100 conforme au premier aspect de l’invention et tel qu’illustré précédemment, ainsi qu’un seul double pont actif 200. Le double pont actif 200 est relié électriquement au convertisseur 100 entre ses bornes de sortie Si, S2.
Le double-pont actif comprend une pluralité de commutateurs 211-214, 221-224. Plus particulièrement, chaque commutateur 211-214, 221-224 est formé par un transistor de puissance, préférentiellement du type d’un MOSFET. Éventuellement, chaque transistor de puissance du double pont actif peut être du type d’un FET, d’un IGBT, tels que décrits précédemment.
Le double pont actif 200 comprend ainsi un premier étage 210 comprenant une première branche formée par deux premiers commutateurs 211, 214 et une deuxième branche formée par deux seconds commutateurs 212, 213. Les premiers commutateurs 211, 214 formant la première branche du double pont actif 200 sont disposés en série entre les bornes de sortie Si, S2 du convertisseur 100. De manière comparable, les seconds commutateurs 212, 213 formant la deuxième branche du double pont actif 200 sont disposés en série entre les bornes de sortie Si, S2 du convertisseur 100, de sorte que les seconds commutateurs 212, 213 sont collectivement disposés en parallèle des premiers commutateurs 211, 214.
Le double pont actif 200 du chargeur bidirectionnel 10 illustré sur la FIGURE2 comprend aussi un transformateur d’isolation 230 situé entre une entrée et une sortie dudit double pont actif 200. Plus particulièrement, le transformateur d’isolation 230 est relié électriquement à chaque première et deuxième branche du premier étage 210 du double pont actif 200. Ainsi, une première borne électrique du transformateur d’isolation 230 est reliée électriquement à un point milieu 216 de la première branche, ledit point milieu 216 de ladite première branche étant situé entre les premiers commutateurs 211, 214. De manière analogue, une deuxième borne électrique du transformateur d’isolation 230 est reliée électriquement à un point milieu 217 de la deuxième branche, ledit point milieu 217 de ladite deuxième branche étant situé entre les seconds commutateurs 212, 213.
La première et la deuxième borne du transformateur d’isolation 230 correspondent respectivement à une première et une deuxième extrémité d’un enroulement électrique primaire 232 dudit transformateur d’isolation.
De manière avantageuse, le transformateur d’isolation 230 comprend aussi un filtre inductif entre le point milieu 216 de la première branche et la première borne de l’enroulement primaire 232 dudit transformateur d’isolation 230.
Du côté d’un enroulement secondaire 233 du transformateur d’isolation 230, le double pont actif 200 du chargeur bidirectionnel 10 comprend un deuxième étage 220 comprenant une première branche formée par deux premiers commutateurs 221, 224 et une deuxième branche formée par deux seconds commutateurs 222, 223. Les premiers commutateurs 221, 224 formant la première branche du deuxième étage 220 du double pont actif 200 sont disposés en série entre des bornes de sortie S3, S4 du double pont actif 200. De manière comparable, les seconds commutateurs 222, 223 formant la deuxième branche du deuxième étage 220 du double pont actif 200 sont disposés en série entre les bornes de sortie S3, S4 du double pont actif 200, de sorte que lesdits seconds commutateurs 222, 223 sont collectivement disposés en parallèle desdits premiers commutateurs 221, 224.
L’enroulement secondaire 233 du transformateur d’isolation 230 est relié électriquement à chaque première et deuxième branche du deuxième étage 220 du double pont actif 200. Ainsi, une première borne électrique de l’enroulement secondaire 233 du transformateur d’isolation 230 est reliée électriquement à un point milieu 226 de la première branche du deuxième étage 220, ledit point milieu 226 de ladite première branche étant situé entre les premiers commutateurs 221, 224 dudit deuxième étage 220. De manière analogue, une deuxième borne électrique de l’enroulement secondaire 233 du transformateur d’isolation 230 est reliée électriquement à un point milieu 227 de la deuxième branche du deuxième étage 220, ledit point milieu 227 de ladite deuxième branche étant situé entre les seconds commutateurs 222, 223 dudit deuxième étage 220.
Le double pont actif 200 comprend aussi un premier contrôleur 215 configuré pour piloter chaque commutateur 211-214 du premier étage 210, et un deuxième contrôleur 225 configuré pour piloter chaque commutateur 221-224 du deuxième étage 220. Éventuellement, le premier 215 et le deuxième 225 contrôleurs sont regroupés en un unique contrôleur, pouvant être éventuellement commun avec le contrôleur 140 du convertisseur 100.
La FIGURE 3 illustre un deuxième exemple de réalisation du chargeur bidirectionnel 10 conforme au deuxième aspect de l’invention, configuré pour fonctionner en triphasé. En d’autres termes, le chargeur bidirectionnel 10 illustré sur la FIGURE 3 est configuré pour, alternativement, convertir un signal électrique triphasé provenant des phases électriques U, V, W d’un réseau électrique en un signal électrique continu disponible sur les bornes de sortie S3, S4 - utilisable pour charger une batterie de véhicule électrique par exemple - ou pour convertir un signal électrique continu - provenant d’une batterie de véhicule électrique par exemple - en un signal électrique triphasé réinjectable sur le réseau électrique.
Pour ce faire, le chargeur bidirectionnel 10 illustré sur la FIGURE 3 comprend le convertisseur 100 conforme au premier aspect de l’invention et tel qu’illustré précédemment, ainsi que trois doubles ponts actifs 200a, 200b, 200c. Chaque double pont actif 200 est relié électriquement au convertisseur 100 au niveau de ses bornes de sortie Si, S2. Plus particulièrement, les trois doubles ponts actifs 200 du chargeur bidirectionnel 10 illustré sur la FIGURE 3 sont tous disposés en dérivation les uns par rapport aux autres, de sorte que les commutateurs du premier étage 210 de chaque double pont actif 200 sont polarisés entre les bornes de sortie Si, S2 du convertisseur.
Les premiers étages 210 de chaque double pont actif 200 du chargeur-bidirectionnel 10 illustré sur la FIGURE 3 sont électriquement relié à l’enroulement primaire 232 du transformateur d’isolation 230, tels que décrit précédemment en référence à la FIGURE 2 ; et les deuxièmes étages 220 de chaque double pont actif 200 du chargeur- bidirectionnel 10 illustré sur la FIGURE 3 sont électriquement relié à l’enroulement secondaire 233 du transformateur d’isolation 230, tels que décrit précédemment en référence à la FIGURE 2.
En synthèse, l’invention concerne notamment un convertisseur 100 comprenant une pluralité de bras de redressement 110 permettant notamment de redresser des signaux électriques alternatifs disponibles sur les phases électriques U, V, W d’un réseau électrique. Afin d’équilibrer les signaux électriques provenant des phases électriques U, V, W du réseau électrique, et afin de limiter une amplitude de modulation du signal continu généré par le convertisseur 100 entre ses bornes de sortie Si, S2, le convertisseur 100 comprend aussi un bras de correction 120 qui détermine une amplitude de courant électrique circulant dans un neutre N du réseau électrique et qui génère un courant électrique opposé et d’amplitude égale, sinon proche. L’invention concerne aussi un chargeur bidirectionnel 10 comprenant un tel convertisseur 100 ainsi qu’un ou plusieurs doubles pont actifs 200, de sorte qu’une sortie S3, S4 des doubles ponts actifs 200 soit électriquement isolée du convertisseur 100.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux.

Claims

Revendications
1. Convertisseur (ioo) configuré pour être connecté électriquement à une pluralité de phases électriques (U, V, W) d’un réseau électrique, ledit convertisseur (îoo) comprenant :
- une pluralité de bras de redressement (no), chaque bras de redressement (no) comprenant un pont redresseur formé par un premier dispositif de commutation (ni) et un deuxième dispositif de commutation (112), le premier (111) et le deuxième (112) dispositif de commutation étant reliés électriquement entre eux au niveau d’un point commun (1611, 1621, 1631) relié électriquement à l’une des phases électriques (U, V, W) du réseau électrique, chaque bras de redressement (110) étant relié électriquement à une phase électrique (U, V, W) différente ;
- un bras de tension (130) placé en dérivation de tous les bras de redressement (110), le bras de tension (130) comprenant au moins deux condensateurs de sortie (131, 132) placés en série, un point milieu (133) aux deux condensateurs de sortie (131, 132) étant relié électriquement à chaque dispositif de commutation (111, 112) de chaque bras de redressement (110) par l’intermédiaire d’une ligne de sortie (160) ;
caractérisé en ce que ledit convertisseur (100) comprend un dispositif de correction des déphasages (125) entre les différentes phases électriques (U, V, W) du réseau électrique, ledit dispositif de correction (125) étant configuré pour minimiser un courant électrique circulant dans une ligne de référence électrique (N) du réseau électrique, la ligne de référence électrique (N) du réseau électrique étant un neutre électrique du réseau électrique.
2. Convertisseur (100) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de correction (125) est formé par un bras de correction (120) du convertisseur (100), ledit bras de correction (120) étant relié électriquement à la ligne de référence électrique (N) du réseau électrique au niveau d’un point intermédiaire (1641), le bras de correction (120) comprenant un premier (121) et un deuxième (122) dispositif de commutation disposés en série l’un de l’autre et reliés entre eux au niveau du point intermédiaire (1641).
3. Convertisseur (100) selon la revendication précédente, dans lequel le premier (121) et/ou le deuxième (122) dispositif de commutation du dispositif de correction (125) comprend au moins un transistor de puissance (1211, 1212, 1221, 1222).
4. Convertisseur (100) selon la revendication précédente, dans lequel le premier dispositif de commutation (121) du dispositif de correction (125) comprend deux transistors de puissances (1211, 1222) placés en série l’un par rapport à l’autre, et le deuxième dispositif de commutation (122) du dispositif de correction (125) comprend deux transistors de puissances (1221, 1222) placés en série l’un par rapport à l’autre.
5. Convertisseur (100) selon l’une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel chaque transistor de puissance (1211, 1212, 1221, 1222) du dispositif de correction (125) comprend une diode de roue libre (D5, D6, D7, D8) placée entre une borne drain et une borne source de chaque transistor de puissance (1211, 1212, 1221, 1222).
6. Convertisseur (100) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel chaque premier (111) et deuxième (112) dispositif de commutation du convertisseur (100) comprend une ligne de raccordement (165) relié électriquement à la ligne de sortie (160) du convertisseur (100), la ligne de raccordement (165) reliant ladite ligne de sortie (160) à une borne commune à deux transistors de puissance (1111, 1112, 1121, 1122) dudit dispositif de commutation
7. Convertisseur (100) selon la revendication précédente, dans lequel la ligne de raccordement (165) de chaque premier (111) et deuxième (112) dispositif de commutation du convertisseur (100) comprend une diode (D9, D10) configurée pour empêcher la circulation d’un courant électrique depuis la ligne de sortie (160) vers le dispositif de commutation (111, 112) correspondant.
8. Convertisseur (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier (111) et/ou le deuxième (112) dispositif de commutation de chaque bras de redressement (110) du convertisseur (100) comprend au moins un transistor de puissance (1111, 1112, 1121, 1122).
9. Convertisseur (ioo) selon la revendication précédente, dans lequel le premier (ni) dispositif de commutation de chaque bras de redressement (no) comprend deux transistors de puissances (nn, 1112) placés en série l’un par rapport à l’autre, et le deuxième dispositif de commutation (112) de chaque bras de redressement (110) comprend deux transistors de puissances (1121, 1122) placés en série l’un par rapport à l’autre.
10. Convertisseur (100) selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9, dans lequel chaque transistor de puissance (1111, 1112, 1121, 1122) de chaque bras de redressement (110) comprend une diode de roue libre (Di, D2, D3, D4) placée entre une borne drain et une borne source de chaque transistor de puissance (1111, 1112, 1121, 1122).
11. Convertisseur (100) selon l’une quelconque des revendications 2 à 10, dans lequel le bras de correction (120) du dispositif de correction (125) des déphasages entre les différentes phases électriques (U, V, W) du réseau électrique est situé en parallèle des bras de redressement (110) du convertisseur (100).
12. Convertisseur (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le convertisseur (100) comprend un filtre d’entrée (150) pour chaque phase électrique (U, V, W) et pour la ligne de référence électrique (N) afin de mettre en forme des signaux électriques correspondants.
13. Chargeur bidirectionnel (10) comprenant le convertisseur (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes et au moins un double pont actif (200) de commutateurs (211-214, 221-224).
14. Chargeur bidirectionnel (10) selon la revendication précédente, dans lequel l’au moins un double pont actif (200) comprend un transformateur d’isolation (230) situé entre une entrée et une sortie dudit au moins un double pont actif (200) correspondant.
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