FR3014260A1 - METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING A BIDIRECTIONAL CHARGER OF A MOTOR VEHICLE BATTERY. - Google Patents
METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING A BIDIRECTIONAL CHARGER OF A MOTOR VEHICLE BATTERY. Download PDFInfo
- Publication number
- FR3014260A1 FR3014260A1 FR1361986A FR1361986A FR3014260A1 FR 3014260 A1 FR3014260 A1 FR 3014260A1 FR 1361986 A FR1361986 A FR 1361986A FR 1361986 A FR1361986 A FR 1361986A FR 3014260 A1 FR3014260 A1 FR 3014260A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- transformer
- voltage
- transformation ratio
- battery
- switch
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 title claims abstract description 13
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 66
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 55
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 6
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 208000032365 Electromagnetic interference Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
- H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
- H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
- H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
- H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33569—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
- H02M3/33576—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
- H02M3/33584—Bidirectional converters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
- B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
- B60L53/14—Conductive energy transfer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
- B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
- B60L53/22—Constructional details or arrangements of charging converters specially adapted for charging electric vehicles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L55/00—Arrangements for supplying energy stored within a vehicle to a power network, i.e. vehicle-to-grid [V2G] arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from AC mains by converters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2210/00—Converter types
- B60L2210/20—AC to AC converters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2210/00—Converter types
- B60L2210/30—AC to DC converters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2210/00—Converter types
- B60L2210/40—DC to AC converters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
- B60L2240/40—Drive Train control parameters
- B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
- B60L2240/526—Operating parameters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
- B60L2240/40—Drive Train control parameters
- B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
- B60L2240/527—Voltage
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
- B60L2240/40—Drive Train control parameters
- B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
- B60L2240/529—Current
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
- B60L2240/40—Drive Train control parameters
- B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
- B60L2240/547—Voltage
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
- Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
- Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
- Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
- Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
- Y04S10/12—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
- Y04S10/126—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV], i.e. power aggregation of EV or HEV, vehicle to grid arrangements [V2G]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Procédé de commande d'un chargeur bidirectionnel d'une batterie de véhicule automobile comprenant un étage redresseur connecté en entrée à un réseau d'alimentation électrique et en sortie étage de conversion (2) et à une capacité, l'étage de conversion (2) étant connecté à la batterie, l'étage de conversion (2) comprenant un premier ensemble de transistors (T1,T2,T3,T4) connecté en sortie en série à un circuit résonnant (L1,C1) et au transformateur (6), le transformateur (6) étant relié à un deuxième ensemble de transistors (T5,T6,T7,T8) relié à la batterie. Le procédé comprend les étapes suivantes : on commande le premier ensemble (T1,T2,T3,T4) à la fréquence propre du circuit résonnant, si la tension de batterie est inférieure à une tension de seuil, on commande le transformateur (6) de sorte qu'un premier rapport de transformation soit réalisé, sinon on commande le transformateur (6) de sorte qu'un deuxième rapport de transformation, supérieur au premier rapport, soit réalisé.A method of controlling a bidirectional charger of a motor vehicle battery comprising a rectifier stage connected at the input to a power supply network and at the output of the conversion stage (2) and at a capacitor, the conversion stage (2 ) being connected to the battery, the conversion stage (2) comprising a first set of transistors (T1, T2, T3, T4) connected in series output to a resonant circuit (L1, C1) and to the transformer (6) , the transformer (6) being connected to a second set of transistors (T5, T6, T7, T8) connected to the battery. The method comprises the following steps: controlling the first set (T1, T2, T3, T4) at the natural frequency of the resonant circuit, if the battery voltage is lower than a threshold voltage, controlling the transformer (6) of so that a first transformation ratio is achieved, otherwise the transformer (6) is controlled so that a second transformation ratio, greater than the first ratio, is achieved.
Description
Procédé et système de commande d'un chargeur bidirectionnel d'une batterie de véhicule automobile.Method and system for controlling a bidirectional charger of a motor vehicle battery
L'invention a pour domaine technique la commande de la charge de batteries de véhicule automobile. Dans le cadre du développement de véhicules électriques à bas coût, le système de charge présente, au même titre que le groupe motopropulseur électrique (GMPe) ou la batterie haute tension (HT), un poste de coût important qu'il convient de réduire. La limitation de la puissance de recharge représente un premier moyen de réduire le coût du système de charge. Il convient ainsi d'associer au véhicule électrique un système de recharge dit « lente », c'est-à-dire qui prend son énergie sur le réseau monophasé avec une puissance inférieure ou égale à 7kW. Un tel chargeur absorbe typiquement 10A, 16A ou 32A sur le réseau monophasé et est compatible avec une prise domestique. Par ailleurs, les chargeurs de véhicules électriques sont actuellement non réversibles, c'est à dire que le flux d'énergie circule uniquement du réseau électrique vers la batterie. Dans le futur, il va être intéressant de disposer de chargeurs bidirectionnels, c'est-à-dire également capables de faire circuler de l'énergie de la batterie vers le réseau électrique. De tels chargeurs permettent, par exemple, de lisser la courbe de charge du réseau électrique en utilisant le stockage d'énergie que représente la batterie du véhicule branché. La batterie est ainsi chargée lors des creux de consommation durant lesquels l'infrastructure et les moyens de production sont sous-utilisés, et fournit de l'énergie lors des pics afin d'éviter l'utilisation de moyens de production peu utilisés et coûteux ainsi que de surcharger le réseau d'alimentation électrique. Dans ce cas, le déploiement massif du véhicule électrique n'implique pas d'investissements supplémentaires de production ou d'infrastructure, mais en revanche permet de lisser des pointes de consommations coûteuses à fournir (avec une énergie généralement très carbonée). Les chargeurs bidirectionnels permettent de faciliter le déploiement des énergies renouvelables en adaptant au mieux la consommation de l'énergie produite aux aléas de production propres aux énergie vertes et bénéficier d'une meilleure performance en termes d'émissions de dioxyde de carbone (CO2) du véhicule électrique tout en facilitant l'introduction de la production d'énergies renouvelables. Les chargeurs bidirectionnels permettent également de créer de nouvelles activités liées au contrôle et à l'optimisation de la consommation énergétique sans dégradation de service. Aujourd'hui, il est demandé au chargeur de réaliser la conversion d'énergie entre le réseau et la batterie. Cette conversion nécessite que le chargeur s'adapte à de larges plages de tension d'entrée (90V à 250V AC) et de tension de batterie (250V à 400V DC).The invention relates to the technical field control of the charge of motor vehicle batteries. As part of the development of low-cost electric vehicles, the charging system has, like the electric powertrain (GMPe) or the high-voltage battery (HT), a significant cost item that should be reduced. The limitation of the charging power represents a first way to reduce the cost of the charging system. It is thus appropriate to associate the electric vehicle a recharging system said "slow", that is to say that takes its energy on the single-phase network with a power less than or equal to 7kW. Such a charger typically absorbs 10A, 16A or 32A on the single-phase network and is compatible with a household outlet. Furthermore, the chargers of electric vehicles are currently non-reversible, that is to say that the flow of energy flows only from the electrical network to the battery. In the future, it will be interesting to have two-way chargers, that is to say also able to circulate energy from the battery to the power grid. Such chargers make it possible, for example, to smooth the load curve of the electrical network by using the energy storage represented by the battery of the connected vehicle. The battery is thus charged during consumption hollows during which the infrastructure and the means of production are underutilized, and provides energy during peaks to avoid the use of little used and expensive means of production and than overloading the power grid. In this case, the massive deployment of the electric vehicle does not imply additional investments of production or infrastructure, but on the other hand allows to smooth peaks of expensive consumptions to provide (with a generally very carbonaceous energy). Two-way chargers facilitate the deployment of renewable energies by optimally adapting the consumption of energy produced to the production hazards specific to green energy and benefit from a better performance in terms of carbon dioxide (CO2) emissions from the environment. electric vehicle while facilitating the introduction of renewable energy production. Bi-directional chargers also enable the creation of new activities related to the control and optimization of energy consumption without degradation of service. Today, the charger is required to perform the energy conversion between the network and the battery. This conversion requires the charger to adapt to wide input voltage ranges (90V to 250V AC) and battery voltage (250V to 400V DC).
La figure 1 illustre les principaux éléments d'un chargeur qui comprennent un étage redresseur d'entrée 1 connecté au réseau 3 et assurant la fonction de correction de facteur de puissance, notée PFC (acronyme anglais pour « Power Factor Corrector ») et un étage de conversion continu-continu 2, noté DC/DC, permettant l'isolation galvanique de la batterie 5. Un filtre d'interférences électromagnétiques noté EMI (acronyme anglais pour « Electromagnetic interferences ») peut être disposé entre le réseau 3 et l'étage redresseur d'entrée, tandis qu'un filtre de sortie peut être disposé entre l'étage de conversion continu-continu et la batterie 5.FIG. 1 illustrates the main elements of a charger which comprise an input rectifier stage 1 connected to the network 3 and providing the power factor correction function, denoted PFC (acronym for "Power Factor Corrector"), and a stage 2 DC / DC conversion, allowing the galvanic isolation of the battery 5. An electromagnetic interference filter noted EMI (acronym for "Electromagnetic Interferences") can be arranged between the network 3 and the floor input rectifier, while an output filter can be arranged between the DC-DC conversion stage and the battery 5.
La difficulté réside dans le fait de pouvoir s'adapter à l'ensemble des niveaux de tension mentionnés ci-dessus sans sacrifier ni le rendement ni le coût de l'étage de conversion tout en gardant la possibilité de réaliser une charge bidirectionnelle. En ce qui concerne la charge bidirectionnelle des véhicules électriques, l'état de la technique repose aujourd'hui essentiellement sur des topologies non isolées, c'est-à-dire qu'il n'existe pas d'isolation galvanique entre le réseau et la batterie. En ce qui concerne la conception des chargeurs isolés, de manière générale, le premier étage est constitué d'une topologie boost permettant de réaliser la fonction PFC tout en étant élévateur de tension. Afin de limiter les pertes à la commutation et l'augmentation de fréquence (synonyme de réduction de coût, volume, poids par réduction des éléments passifs), il est fortement recommandé que le second étage utilise un circuit résonnant. Entre ces deux étages, une capacité électrolytique est positionnée afin de lisser le courant en courant constant et permettre de gérer un flux de puissance constant et non plus variable en sine. Le premier étage ayant une fonction élévateur de tension, la tension DC (bus continu) entre les deux étages se retrouve bien généralement supérieure à la tension batterie. Cela implique que l'étage DC/DC doit présenter un gain en tension inférieur à l'unité. Avec un circuit isolé résonnant, le gain total en tension est obtenu par le produit entre le facteur de transformation du transformateur et le gain du circuit résonnant. Le facteur de transformation est fixe et dépendant de la conception. Il ne peut pas aider à adapter le gain lors d'une charge de véhicule. Toutefois, lorsque l'on recharge un véhicule, la tension batterie varie en fonction de son état de charge noté SoC (acronyme anglais pour « State of Charge »), cela nécessite en temps réel que l'étage DC/DC adapte son gain pour permettre de convertir la tension du bus continu vers la tension batterie. Cette adaptation de tension ne peut être faite que par le fonctionnement du circuit résonnant.The difficulty lies in being able to adapt to all of the voltage levels mentioned above without sacrificing either the efficiency or the cost of the conversion stage while keeping the possibility of carrying out a bidirectional load. With regard to the bi-directional charge of electric vehicles, the state of the art today relies essentially on non-isolated topologies, that is to say that there is no galvanic isolation between the network and battery. Regarding the design of insulated chargers, in general, the first stage consists of a boost topology for performing the PFC function while being voltage booster. In order to limit switching losses and frequency increase (synonymous with cost reduction, volume, weight reduction of passive elements), it is strongly recommended that the second stage uses a resonant circuit. Between these two stages, an electrolytic capacitance is positioned in order to smooth the current in constant current and to manage a constant power flow and no longer variable in sine. Since the first stage has a voltage booster function, the DC voltage (DC bus) between the two stages is generally higher than the battery voltage. This implies that the DC / DC stage must have a voltage gain of less than unity. With a resonant isolated circuit, the total voltage gain is obtained by the product between the transformer transformation factor and the gain of the resonant circuit. The transformation factor is fixed and dependent on the design. It can not help adjust the gain during a vehicle load. However, when a vehicle is recharged, the battery voltage varies according to its state of charge SoC (state of charge), this requires in real time that the DC / DC stage adapts its gain for allow to convert the DC bus voltage to the battery voltage. This voltage adaptation can be made only by the operation of the resonant circuit.
Généralement, l'utilisation de la topologie résonnante série- parallèle LLC (acronyme faisant référence à l'emploi d'un circuit comprenant l'association de deux inductances notées chacune L et d'une capacité notée C) est appliquée dans le convertisseur DC/DC. La variation de la fréquence de commutation en cours de charge permet de faire varier le gain en tension du circuit résonnant. La fréquence utilisée est toujours supérieure à la fréquence propre fo du circuit résonnant, qui fonctionne alors dans un régime d'hyper-résonnance. L'utilisation d'un circuit résonnant en hyper-fréquence permet d'avoir des commutations douces à commutation à tension nulle ZVS (acronyme anglais pour « Zero Voltage Switching ») lors de la fermeture des transistors. Cependant, cette solution comporte deux problèmes importants. Un premier problème réside dans le fait que la dynamique de contrôle de la conversion DC/DC résonnant en hyper-fréquence dépend du flux de puissance le traversant. Pour régler ce problème, une capacité électrolytique (volumineuse, chère et peu fiable) doit être mise en place entre le PFC et le DC/DC afin de lisser le flux de puissance. Une telle capacité est notée 4 sur la figure 1.Generally, the use of the series-parallel resonant topology LLC (acronym referring to the use of a circuit comprising the combination of two inductances each denoted L and a capacity denoted C) is applied in the DC converter. DC. The variation of the switching frequency during charging makes it possible to vary the voltage gain of the resonant circuit. The frequency used is always greater than the natural frequency fo of the resonant circuit, which then operates in a hyper-resonance regime. The use of a resonant circuit in hyper-frequency makes it possible to have ZVS (Zero Voltage Switching) zero switching switching soft switching when closing the transistors. However, this solution has two important problems. A first problem lies in the fact that the control dynamics of the DC / DC conversion resonating in hyper-frequency depends on the flow of power passing through it. To solve this problem, an electrolytic capacitance (voluminous, expensive and unreliable) must be put in place between the PFC and the DC / DC in order to smooth the flow of power. Such a capacity is noted 4 in FIG.
Un deuxième problème réside dans le fait que le fonctionnement en hyper-fréquence permet de limiter les pertes lors de la fermeture des transistors mais pas lors de leur ouverture. Si la fréquence de commutation des interrupteurs est égale à la fréquence propre fo il est possible de combiner la fermeture en ZVS avec une limitation des pertes à l'ouverture en commutation à courant nul ZCS (acronyme anglais pour « Zero Current Switching »). De l'état de la technique, on connait les documents suivants. Le document US20110273130 divulgue un chargeur isolé bidirectionnel qui n'est toutefois pas utilisé pour des applications de charge de véhicules. Cependant, comme tous les chargeurs de ce type, il comprend un étage de rectification du courant effectué avec une capacité électrolytique qui présente un coût non négligeable. La demande de brevet de numéro de dépôt FR1255070 divulgue une topologie résonnante permettant de charger une batterie sans utiliser de correction de facteur de puissance. Cependant, le contrôle d'une telle topologie se fait à fréquence variable, induisant un fonctionnement en ZVS. Un tel fonctionnement génère des pertes par commutation non négligeables limitant la fréquence de fonctionnement. Cette limitation implique indirectement des couts supplémentaires. Le document US 577-116-5A divulgue un convertisseur en deux étage de type PFC boost et conversion continu continu (DC/DC). Cependant, ce convertisseur utilise une capacité électrolytique entre les deux étages de manière à lisser le flux de puissance dans le convertisseur. En outre, l'étage DC/DC ne permet pas de combiner les commutations ZVS et ZCS au niveau des transistors situés avant le circuit résonnant. Un objet de l'invention est un procédé de commande d'un chargeur bidirectionnel d'une batterie de véhicule automobile, le chargeur comprenant un étage redresseur connecté en entrée à un réseau d'alimentation électrique et en sortie à un étage de conversion continu-continu et à une capacité, l'étage de conversion continu-continu étant connecté à la batterie. L'étage de conversion continu- continu comprend un premier ensemble de transistors connecté en entrée à l'étage redresseur et en sortie en série à un circuit résonnant et à un transformateur, le transformateur étant relié à un deuxième ensemble de transistors, le deuxième ensemble étant relié par ailleurs à la batterie. Le procédé comprend les étapes suivantes : on commande la commutation du premier ensemble de transistors à la fréquence propre du circuit résonnant, on commande le deuxième ensemble de transistors dans un état passant, on détermine si la tension de batterie est supérieure à une tension de seuil, si tel est le cas, on commande le transformateur de sorte qu'un premier rapport de transformation soit réalisé, si tel n'est pas le cas, on commande le transformateur de sorte qu'un deuxième rapport de transformation soit réalisé, le deuxième rapport de transformation étant supérieur au premier rapport de transformation. On peut déterminer la tension de seuil comme la racine carrée du produit de la valeur maximale et de la valeur minimale de la tension de batterie Un interrupteur peut être connecté par une borne entre une extrémité d'un premier enroulement primaire du transformateur et une extrémité d'un deuxième enroulement primaire du transformateur, un interrupteur étant relié par une borne à l'autre extrémité du deuxième enroulement primaire, les interrupteurs étant reliés par leur autre borne au collecteur du quatrième transistor et à l'émetteur du troisième transistor. Pour commander le transformateur de sorte que le premier rapport de transformation soit réalisé, on peut commander les interrupteurs, de sorte que seul le premier enroulement primaire du transformateur soit connecté au premier ensemble de transistors, et pour commander le transformateur de sorte que le deuxième rapport de transformation soit réalisé, on peut commander les interrupteurs de sorte que le premier enroulement primaire et le deuxième enroulement primaire du transformateur soient connectés au premier ensemble de transistors. On peut déterminer le premier rapport de transformation comme le rapport de la somme de la valeur de crête de la tension de réseau et d'une tension de décalage par la tension de seuil.A second problem lies in the fact that the hyper-frequency operation makes it possible to limit the losses during the closing of the transistors but not when they are opened. If the switching frequency of the switches is equal to the natural frequency fo, it is possible to combine the ZVS closure with zero opening loss limitation in zero current switching ZCS (acronym for "Zero Current Switching"). From the state of the art, we know the following documents. US20110273130 discloses a bi-directional insulated charger which is however not used for vehicle charging applications. However, like all chargers of this type, it includes a current rectification stage performed with an electrolytic capacitance which has a significant cost. Patent application number FR1255070 discloses a resonant topology for charging a battery without using power factor correction. However, the control of such a topology is variable frequency, inducing operation in ZVS. Such an operation generates non-negligible switching losses limiting the operating frequency. This limitation indirectly involves additional costs. Document US 577-116-5A discloses a two-stage converter of the PFC boost and DC continuous conversion (DC / DC) type. However, this converter uses an electrolytic capacitance between the two stages so as to smooth the power flow in the converter. In addition, the DC / DC stage does not make it possible to combine the ZVS and ZCS switches at the transistors located before the resonant circuit. An object of the invention is a method of controlling a bidirectional charger of a motor vehicle battery, the charger comprising a rectifier stage connected at the input to a power supply network and at output to a continuous conversion stage. continuous and at a capacity, the DC-DC conversion stage being connected to the battery. The DC-DC conversion stage comprises a first set of transistors connected at input to the rectifier stage and in series output to a resonant circuit and to a transformer, the transformer being connected to a second set of transistors, the second set being otherwise connected to the battery. The method comprises the following steps: controlling the switching of the first set of transistors to the natural frequency of the resonant circuit, controlling the second set of transistors in an on state, determining whether the battery voltage is greater than a threshold voltage if this is the case, the transformer is controlled so that a first transformation ratio is achieved, if this is not the case, the transformer is controlled so that a second transformation ratio is achieved, the second transformation ratio being greater than the first transformation ratio. The threshold voltage can be determined as the square root of the product of the maximum value and the minimum value of the battery voltage. A switch can be connected by a terminal between one end of a first primary winding of the transformer and one end of the transformer. a second primary winding of the transformer, a switch being connected by a terminal to the other end of the second primary winding, the switches being connected by their other terminal to the collector of the fourth transistor and to the emitter of the third transistor. To control the transformer so that the first transformation ratio is achieved, the switches can be controlled so that only the first primary winding of the transformer is connected to the first set of transistors, and to control the transformer so that the second gear In order to achieve the transformation, the switches can be controlled so that the first primary winding and the second primary winding of the transformer are connected to the first set of transistors. The first transformation ratio can be determined as the ratio of the sum of the peak value of the grid voltage and an offset voltage by the threshold voltage.
On peut déterminer le deuxième rapport de transformation comme le rapport de la somme du maximum de la valeur de crête de la tension de réseau et d'une tension de décalage par le minimum de la tension de batterie. On peut commander les interrupteurs par une modulation à haute fréquence de sorte que le rapport de transformation obtenu soit égal à la moyenne du premier rapport de transformation et du deuxième rapport de transformation pondérés par leurs durées de commutation respectives. Un autre objet de l'invention est un système de commande d'un chargeur bidirectionnel d'une batterie de véhicule automobile, le chargeur comprenant un étage redresseur connecté en entrée à un réseau d'alimentation électrique et en sortie à un étage de conversion continu-continu et à une capacité, l'étage de conversion continu-continu étant connecté à la batterie. L'étage de conversion continu- continu comprend un premier ensemble de transistors connecté en entrée à l'étage redresseur et en sortie en série à un circuit résonnant et à un transformateur, le transformateur étant relié à un deuxième ensemble de transistors, le deuxième ensemble étant relié par ailleurs à la batterie. Le système comprend : un moyen de commande apte à commander la commutation du premier ensemble de transistors à la fréquence propre du circuit résonnant, et apte à commander le deuxième ensemble de transistors dans un état passant, un moyen de comparaison de la tension de batterie à une tension de seuil, apte à commander le transformateur de sorte qu'un deuxième rapport de transformation soit réalisé, si la tension de batterie est supérieure à une tension de seuil et qu'un premier rapport de transformation soit réalisé, si la tension de batterie n'est pas supérieure à une tension de seuil, le deuxième rapport de transformation étant supérieur au premier rapport de transformation. Le système peut comprendre un moyen de détermination de la tension de seuil en fonction de la valeur maximale et de la valeur minimale de la tension de batterie.The second transformation ratio can be determined as the ratio of the sum of the maximum of the peak value of the mains voltage and an offset voltage by the minimum of the battery voltage. The switches may be controlled by high frequency modulation so that the obtained transformation ratio is equal to the average of the first transformation ratio and the second transformation ratio weighted by their respective switching times. Another object of the invention is a control system of a bidirectional charger of a motor vehicle battery, the charger comprising a rectifier stage connected at input to a power supply network and at output to a continuous conversion stage -continuous and a capacity, the DC-DC conversion stage being connected to the battery. The DC-DC conversion stage comprises a first set of transistors connected at input to the rectifier stage and in series output to a resonant circuit and to a transformer, the transformer being connected to a second set of transistors, the second set being otherwise connected to the battery. The system comprises: a control means able to control the switching of the first set of transistors to the natural frequency of the resonant circuit, and able to control the second set of transistors in an on state, a means for comparing the battery voltage to a threshold voltage, able to control the transformer so that a second transformation ratio is achieved, if the battery voltage is greater than a threshold voltage and a first transformation ratio is achieved, if the battery voltage is not greater than a threshold voltage, the second transformation ratio being greater than the first transformation ratio. The system may include means for determining the threshold voltage as a function of the maximum value and the minimum value of the battery voltage.
Un premier interrupteur peut être connecté par une borne entre une extrémité d'un premier enroulement primaire du transformateur et une extrémité d'un deuxième enroulement primaire du transformateur, un deuxième interrupteur étant relié par une borne à l'autre extrémité du deuxième enroulement primaire, le premier interrupteur et le deuxième interrupteur étant reliés par leur autre borne au collecteur du quatrième transistor et à l'émetteur du troisième transistor, le premier interrupteur et le deuxième interrupteur étant aptes à modifier le rapport de transformation du transformateur en fonction du nombre d'enroulements primaires connectés.A first switch may be connected by a terminal between one end of a first primary winding of the transformer and one end of a second primary winding of the transformer, a second switch being connected by a terminal to the other end of the second primary winding, the first switch and the second switch being connected by their other terminal to the collector of the fourth transistor and to the emitter of the third transistor, the first switch and the second switch being able to modify the transformation ratio of the transformer as a function of the number of connected primary windings.
Le nombre d'enroulements du premier enroulement primaire du transformateur divisé par le nombre d'enroulements de l'enroulement secondaire du transformateur peut être égal au premier rapport de transformation, lui-même égal au rapport de la somme de la valeur de crête de la tension de réseau et d'une tension de décalage par la tension de seuil. La somme du nombre d'enroulements du premier enroulement primaire du transformateur et du deuxième enroulement primaire du transformateur divisé par le nombre d'enroulements de l'enroulement secondaire du transformateur peut être égal au deuxième rapport de transformation, lui-même égal au le rapport de la somme du maximum de la valeur de crête de la tension de réseau et d'une tension de décalage par le minimum de la tension de batterie. Les interrupteurs peuvent être aptes à être commandés par une modulation à haute fréquence de sorte que le rapport de transformation obtenu soit égal à la moyenne du premier rapport de transformation et du deuxième rapport de transformation pondérés par leurs durées de commutation respectives. Le premier interrupteur et/ou le deuxième interrupteur peut être un triac ou un relais. Le premier interrupteur et/ou le deuxième interrupteur peut être un commutateur réversible comprenant deux bornes, une première borne étant reliée à la cathode d'une neuvième diode et à l'anode d'une dixième diode, l'anode de la neuvième diode étant reliée à l'anode d'une onzième diode et à la source d'un premier transistor de type MOSFET, la cathode de la onzième diode et le drain du premier transistor MOSFET étant reliés à la deuxième borne, la cathode de la dixième diode étant reliée à la cathode d'une douzième diode et au drain d'un deuxième transistor de type MOSFET, l'anode de la douzième diode et la source du premier transistor MOSFET étant reliés à la deuxième borne. Le procédé et le système de commande présentent l'avantage de permettre, pour la capacité en sortie de l'étage redresseur, d'employer une capacité film à la place d'une capacité électrolytique. Cela permet d'améliorer le coût et la fiabilité de l'étage de conversion. Le procédé et le système de commande présentent l'avantage de permettre la commutation des transistors à la fréquence propre du circuit résonnant. Cela permet de limiter au maximum les pertes liées à la commutation, tant à l'ouverture qu'à la fermeture, ce qui augmente le rendement du convertisseur et permet de limiter les coûts liés à l'installation d'un système de refroidissement hydraulique conséquent. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre les principaux éléments d'un chargeur bidirectionnel, - la figure 2 illustre les principaux éléments d'un étage de conversion continu continu, - la figure 3 illustre les principaux éléments d'un étage de conversion continu continu selon l'invention, - la figure 4 illustre le profil de la tension du bus continu en fonction de la tension de batterie Vbat, et - la figure 5 illustre les principaux éléments d'un commutateur réversible à Mosfets. La figure 1 montre le chargeur bidirectionnel comprenant un étage redresseur 1 d'entrée et un étage de conversion continu-continu 2 de sortie. L'étage redresseur 1 d'entrée génère une tension de bus continu et assure une absorption d'un courant sinusoïdal sur le réseau d'alimentation électrique 3. L'étage redresseur 1 d'entrée est connecté en parallèle à une capacité 4 et à un étage de conversion continu continu 2 de sortie, l'étage de conversion étant relié en sortie à une batterie 5. A la différence de l'état de la technique antérieur, l'étage redresseur 1 d'entrée du chargeur bidirectionnel selon l'invention est également apte à réguler la charge de la batterie à travers la variation de la tension du bus continu (325V- 400V). Sur la figure 2, on peut voir que l'étage de conversion continu-continu 2 de sortie est à résonnance série et à isolation galvanique par l'intermédiaire d'un transformateur 6, l'ensemble fonctionnant à fréquence de découpage constante.The number of windings of the first primary winding of the transformer divided by the number of windings of the secondary winding of the transformer may be equal to the first transformation ratio, itself equal to the ratio of the sum of the peak value of the transformer. mains voltage and offset voltage by the threshold voltage. The sum of the number of windings of the first primary winding of the transformer and the second primary winding of the transformer divided by the number of windings of the secondary winding of the transformer may be equal to the second ratio of transformation, itself equal to the ratio the sum of the maximum of the peak value of the mains voltage and an offset voltage by the minimum of the battery voltage. The switches may be capable of being controlled by high frequency modulation so that the obtained transformation ratio is equal to the average of the first transformation ratio and the second transformation ratio weighted by their respective switching times. The first switch and / or the second switch can be a triac or a relay. The first switch and / or the second switch may be a reversible switch comprising two terminals, a first terminal being connected to the cathode of a ninth diode and to the anode of a tenth diode, the anode of the ninth diode being connected to the anode of an eleventh diode and to the source of a first MOSFET transistor, the cathode of the eleventh diode and the drain of the first MOSFET transistor being connected to the second terminal, the cathode of the tenth diode being connected to the cathode of a twelfth diode and the drain of a second MOSFET transistor, the anode of the twelfth diode and the source of the first MOSFET transistor being connected to the second terminal. The method and the control system have the advantage of allowing, for the output capacity of the rectifier stage, to employ a film capacitor in place of an electrolytic capacitance. This improves the cost and reliability of the conversion stage. The method and the control system have the advantage of allowing the transistors to be switched to the natural frequency of the resonant circuit. This makes it possible to limit switching losses as much as possible at both opening and closing, which increases the efficiency of the converter and makes it possible to limit the costs associated with the installation of a consequent hydraulic cooling system. . Other objects, features and advantages of the invention will become apparent on reading the following description, given solely by way of nonlimiting example and with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 illustrates the main elements of a bidirectional charger, - figure 2 illustrates the main elements of a continuous DC conversion stage, - figure 3 illustrates the main elements of a DC continuous conversion stage according to the invention, - figure 4 illustrates the profile of the DC bus voltage as a function of the battery voltage Vbat, and - Figure 5 illustrates the main elements of a Mosfets reversible switch. Fig. 1 shows the bidirectional charger comprising an input rectifier stage 1 and an output DC-DC conversion stage 2. The input rectifier stage 1 generates a DC bus voltage and ensures absorption of a sinusoidal current on the power supply network 3. The input rectifier stage 1 is connected in parallel with a capacitor 4 and a DC continuous output conversion stage 2, the conversion stage being connected at the output to a battery 5. Unlike the state of the prior art, the input rectifier stage 1 of the bidirectional charger according to FIG. The invention is also able to regulate the charge of the battery through the variation of the DC bus voltage (325V-400V). In FIG. 2, it can be seen that the output DC-DC conversion stage 2 is series resonant and galvanically isolated via a transformer 6, the assembly operating at a constant switching frequency.
Une première entrée de l'étage de conversion est connectée au collecteur d'un premier transistor T1 et au collecteur d'un troisième transistor T3, une deuxième entrée de l'étage de conversion étant connectée à l'émetteur d'un deuxième transistor T2 et à l'émetteur d'un quatrième transistor T4. L'émetteur du premier transistor T1 et le collecteur du deuxième transistor T2 sont reliés à un premier point intermédiaire, l'émetteur du troisième transistor T3 et le collecteur du quatrième transistor T4 étant connectés à un deuxième point intermédiaire.A first input of the conversion stage is connected to the collector of a first transistor T1 and to the collector of a third transistor T3, a second input of the conversion stage being connected to the emitter of a second transistor T2 and to the emitter of a fourth transistor T4. The emitter of the first transistor T1 and the collector of the second transistor T2 are connected to a first intermediate point, the emitter of the third transistor T3 and the collector of the fourth transistor T4 being connected to a second intermediate point.
Le premier point intermédiaire est connecté en série à une première capacité Cl, une première inductance Ll, à une première extrémité du premier enroulement d'un transformateur 6, la deuxième extrémité du premier enroulement du transformateur 6 étant reliée au deuxième point intermédiaire.The first intermediate point is connected in series with a first capacitor C1, a first inductor L1, at a first end of the first winding of a transformer 6, the second end of the first winding of the transformer 6 being connected to the second intermediate point.
Une extrémité du deuxième enroulement du transformateur 6 est reliée à l'émetteur d'un cinquième transistor T5 et au collecteur d'un sixième transistor T6, le collecteur du cinquième transistor T5 étant connecté au collecteur d'un septième transistor T7 et à une première sortie de l'étage de conversion. L'émetteur du sixième transistor T6 est connecté à l'émetteur d'un huitième transistor T8 et à une deuxième sortie de l'étage de conversion. L'autre extrémité du deuxième enroulement est connectée à l'émetteur du septième transistor T7 et au collecteur du huitième transistor T8. Une première diode Dl est connectée par son anode l'émetteur du premier transistor Ti et par sa cathode au collecteur du premier transistor Ti. Une deuxième diode D2 est connectée par son anode l'émetteur du deuxième transistor T2 et par sa cathode au collecteur du deuxième transistor T2.One end of the second winding of the transformer 6 is connected to the emitter of a fifth transistor T5 and to the collector of a sixth transistor T6, the collector of the fifth transistor T5 being connected to the collector of a seventh transistor T7 and to a first output of the conversion stage. The emitter of the sixth transistor T6 is connected to the emitter of an eighth transistor T8 and to a second output of the conversion stage. The other end of the second winding is connected to the emitter of the seventh transistor T7 and to the collector of the eighth transistor T8. A first diode D1 is connected by its anode to the emitter of the first transistor Ti and by its cathode to the collector of the first transistor Ti. A second diode D2 is connected by its anode to the emitter of the second transistor T2 and by its cathode to the collector of the second transistor T2.
Une troisième diode D3 est connectée par son anode l'émetteur du troisième transistor T3 et par sa cathode au collecteur du troisième transistor T3. Une quatrième diode D4 est connectée par son anode l'émetteur du quatrième transistor T4 et par sa cathode au collecteur du quatrième transistor T4. Une cinquième diode D5 est connectée par son anode à l'émetteur du cinquième transistor T5 et par sa cathode au collecteur du cinquième transistor T5.A third diode D3 is connected by its anode to the emitter of the third transistor T3 and by its cathode to the collector of the third transistor T3. A fourth diode D4 is connected by its anode to the emitter of the fourth transistor T4 and its cathode to the collector of the fourth transistor T4. A fifth diode D5 is connected by its anode to the emitter of the fifth transistor T5 and its cathode to the collector of the fifth transistor T5.
Une sixième diode D6 est connectée par son anode à l'émetteur du sixième transistor T6 et par sa cathode au collecteur du sixième transistor T6. Une septième diode D7 est connectée par son anode l'émetteur du septième transistor T7 et par sa cathode au collecteur du septième transistor T7. Une huitième diode D8 est connectée par son anode l'émetteur du huitième transistor T8 et par sa cathode au collecteur du huitième transistor T8.A sixth diode D6 is connected by its anode to the emitter of the sixth transistor T6 and its cathode to the collector of the sixth transistor T6. A seventh diode D7 is connected by its anode to the emitter of the seventh transistor T7 and by its cathode to the collector of the seventh transistor T7. An eighth diode D8 is connected by its anode to the emitter of the eighth transistor T8 and by its cathode to the collector of the eighth transistor T8.
Les grilles des transistors reçoivent des signaux de commande, notamment à modulation en largeur d'impulsion émis à fréquence constante. Le deuxième ensemble de transistors (T5,T6,T7,T8) permet un fonctionnement bidirectionnel. Lors de la décharge de la batterie vers le réseau d'alimentation électrique, le comportement du premier ensemble de transistors (T1,T2,T3,T4) et deuxième ensemble de transistors (T5,T6,T7,T8) sont échangés par rapport au fonctionnement lors de la charge de la batterie. Le procédé de commande permet de maintenir un gain en tension fixe sur le circuit résonnant en faisant commuter le premier transistor Ti, le deuxième transistor T2, le troisième transistor T3 et le quatrième transistor T4 à la fréquence propre de circuit résonnant. Pour réaliser l'adaptation de tension nécessaire à la charge de la batterie, on réalise l'adaptation du gain en tension entre le bus continu (Vred) et la batterie par un rapport de transformation du transformateur variable. La tension Vred est mesurée en sortie de l'étage redresseur 1, aux bornes de la capacité 4. Selon un mode de réalisation particulier illustré par la figure 3, l'étage de conversion continu-continu 2 se différencie de celui illustré par la figure 2 par le fait qu'il comprend ici un transformateur à deux enroulements primaires et des interrupteurs I1 et 12 pour la commutation de ces enroulements en fonction du point de fonctionnement. En se référant à la description de la figure 2 et à la figure 3, on voit que l'impédance Ll est connectée à une extrémité du premier enroulement primaire du transformateur 6. L'autre extrémité du premier enroulement primaire du transformateur 6 est connectée à une extrémité du deuxième enroulement primaire du transformateur 6 et à une borne d'un premier interrupteur Il. L'autre extrémité du deuxième enroulement primaire du transformateur 6 est connectée à une borne d'un deuxième interrupteur 12. Les autres bornes du premier interrupteur I1 et du deuxième interrupteur 12 sont connectées ensembles et au deuxième point intermédiaire.The gates of the transistors receive control signals, in particular pulse width modulation transmitted at a constant frequency. The second set of transistors (T5, T6, T7, T8) allows bidirectional operation. During the discharge of the battery to the power supply network, the behavior of the first set of transistors (T1, T2, T3, T4) and second set of transistors (T5, T6, T7, T8) are exchanged with respect to operation when charging the battery. The control method makes it possible to maintain a fixed voltage gain on the resonant circuit by switching the first transistor T1, the second transistor T2, the third transistor T3 and the fourth transistor T4 to the natural frequency of the resonant circuit. To achieve the voltage adaptation required for charging the battery, the voltage gain is adjusted between the DC bus (Vred) and the battery by a transformation ratio of the variable transformer. The voltage Vred is measured at the output of the rectifier stage 1, at the terminals of the capacitor 4. According to one particular embodiment illustrated in FIG. 3, the DC-DC conversion stage 2 differs from that illustrated by FIG. 2 in that it comprises a transformer with two primary windings and switches I1 and 12 for switching these windings depending on the operating point. Referring to the description of FIG. 2 and FIG. 3, it can be seen that the impedance L1 is connected to one end of the first primary winding of the transformer 6. The other end of the first primary winding of the transformer 6 is connected to one end of the second primary winding of the transformer 6 and to a terminal of a first switch 11. The other end of the second primary winding of the transformer 6 is connected to a terminal of a second switch 12. The other terminals of the first switch I1 and the second switch 12 are connected together and at the second intermediate point.
La structure du circuit reliant les transistors, les diodes demeurent identiques à ceux décrits en rapport avec la figure 2. Les interrupteurs I1 et 12 peuvent être des triacs ou des relais. Les interrupteurs I1 et 12 fonctionnent en boucle ouverte tandis que les transistors T1 à T4 fonctionnent à une fréquence de découpage fixée à la valeur de la fréquence de résonance du circuit L-C. On rappelle qu'à sa fréquence de résonnance, un circuit résonnant LC série présente un gain en tension égal à 1. Comme l'étage de conversion continu-continu 2 fonctionne à la résonnance, tout le gain de cet étage repose sur le gain amené par le rapport de transformation. En fonction de l'état de charge de la batterie et donc de sa tension Vbat, la tension du bus continu, notée Vred, doit être adaptée afin de permettre la conversion. La figure 4 présente le profil de la tension Vred en fonction de la tension de batterie Vbat. Les différentes phases de fonctionnement présentées sur cette figure sont associées aux différents rapports de transformation utilisés et seront commentés plus bas. L'hypothèse est posée qu'à une tension de seuil Vth, le relais est basculé. Le transformateur passe alors d'un rapport kl à un rapport k2 supérieur à kl. Plus précisément, si la tension de batterie Vbat est supérieure à la tension de seuil Vth, le rapport kl est utilisé. Si la tension de batterie Vbat est inférieure à la tension de seuil Vth, le rapport k2 est utilisé. Pour que ce type de fonctionnement puisse être implémenté, il est nécessaire de contrôler la valeur minimum Vred min et la valeur maximum Vred max de la tension aux bornes de la capacité 4.The structure of the circuit connecting the transistors, the diodes remain identical to those described in connection with Figure 2. The switches I1 and 12 may be triacs or relays. The switches I1 and 12 operate in an open loop while the transistors T1 to T4 operate at a switching frequency set at the value of the resonant frequency of the circuit L-C. It is recalled that at its resonance frequency, a series LC resonant circuit has a voltage gain equal to 1. Since the DC-DC conversion stage 2 operates at resonance, the entire gain of this stage is based on the gain brought by the transformation ratio. Depending on the state of charge of the battery and therefore its voltage Vbat, the DC bus voltage, noted Vred, must be adapted to allow conversion. FIG. 4 shows the profile of the voltage Vred as a function of the battery voltage Vbat. The different phases of operation presented in this figure are associated with the different transformation ratios used and will be discussed below. The assumption is made that at a threshold voltage Vth, the relay is switched. The transformer then changes from a ratio k1 to a ratio k2 greater than kl. More precisely, if the battery voltage Vbat is greater than the threshold voltage Vth, the ratio kl is used. If the battery voltage Vbat is lower than the threshold voltage Vth, the ratio k2 is used. In order for this type of operation to be implemented, it is necessary to check the minimum value Vred min and the maximum value Vred max of the voltage at the terminals of the capacitor 4.
A tout moment, il est nécessaire que la tension Vred soit supérieure à la tension maximum du réseau Vres_max étant donné que cette tension est générée par l'étage redresseur 1 qui est un étage élévateur de tension, dit étage de boost. En effet, un étage élévateur de tension peut présenter une difficulté à obtenir une tension de sortie égale à la tension d'entrée de par la nature imparfaite des composants employés. Pour tenir compte de cela, on estime qu'un décalage minimum doit être maintenu entre la tension de sortie et la tension d'entrée afin que l'étage élévateur de tension puisse fonctionner dans des conditions acceptables. La réduction des pertes électriques implique de réduire le courant de fuite des transistors. Pour cela, il est important de considérer des composants dont la tension de claquage est la plus proche possible du point de fonctionnement du chargeur, notamment au niveau de la tension de bus continu Vred. Par exemple, une limite de cette tension peut être fixée à 600 V pour l'application présentée ci-après. L'homme du métier pourra toutefois adapter les exemples suivants pour une limite différente. Avec une limite de 600V, il est nécessaire qu'à tout moment, la tension Vred soit inférieure à 550V. Il est également important de minimiser la tension maximale Vred afin de limiter les pertes dans l'onduleur. Le procédé de commande suivant permet de tenir compte de ces contraintes et ainsi, de permettre l'utilisation de ce type de transformateur pour des applications de chargeur bidirectionnel pour des véhicules électriques ou hybrides. Tout au long de la charge, les équations suivantes permettent de régir le système : Vred = k.Vbat (Eq. 1) Avec Vbat = la tension de batterie k = le rapport de transformation utilisé Vred min = Vres. = Vres_max (Eq. 2) Avec Vred min = la valeur minimale de la tension Vred Vres max = la valeur maximale de la tension du réseau Vres Pour des raisons de stabilité de commande, la tension minimale du bus continu, notée Vred min, est supérieure à la tension Vres max d'une valeur de décalage AV, la valeur de décalage AV étant égale à 40V. En effet, la tension du bus continu Vred, est obtenue en sortie de l'étage redresseur 1. Toutefois, cet étage ne peut produire qu'une tension supérieure à la tension l'alimentant, dans le cas présent la tension du réseau Vres. De plus, un gain égal à l'unité est particulièrement difficile à obtenir et à maintenir. Pour ces raisons, une valeur de décalage est considérée afin de permettre un fonctionnement aisé de l'étage redresseur 1. Le rapport de transformation k2 est un paramètre qui est déterminé par les conditions limites de fonctionnement du chargeur. En effet, le chargeur doit pouvoir charger une batterie complétement déchargée (250V) sur un réseau de 250VAC. Cela impose l'équation suivante : Vres max.+AV = k2.Vbat min (Eq. 3) Avec Vbat min = la valeur minimale de la tension de batterie Vbat Vres max = la valeur maximale de la tension Vres du réseau d'alimentation électrique. L'équation Eq. 3 peut être reformulée afin de déterminer le rapport de transformation k2. Vres + AV k2= (Eq. 4) Vbat min En choisissant Vres max = 250V, Vbat min=250V et AV = 40V, on obtient un rapport de transformation k2 qui prend la valeur 1,574.At any time, it is necessary that the voltage Vred is greater than the maximum voltage of the network Vres_max since this voltage is generated by the rectifier stage 1 which is a voltage booster stage, said boost stage. Indeed, a voltage booster stage may have difficulty in obtaining an output voltage equal to the input voltage due to the imperfect nature of the components used. To account for this, it is believed that a minimum offset must be maintained between the output voltage and the input voltage so that the step-up stage can operate under acceptable conditions. The reduction of electrical losses involves reducing the leakage current of the transistors. For this, it is important to consider components whose breakdown voltage is as close as possible to the operating point of the charger, especially at the level of the Vred continuous bus voltage. For example, a limit of this voltage can be set at 600 V for the application presented hereinafter. Those skilled in the art may, however, adapt the following examples for a different limit. With a limit of 600V, it is necessary that at any time, the voltage Vred is lower than 550V. It is also important to minimize the maximum voltage Vred in order to limit the losses in the inverter. The following control method makes it possible to take these constraints into account and thus allow the use of this type of transformer for bidirectional charger applications for electric or hybrid vehicles. Throughout the load, the following equations govern the system: Vred = k.Vbat (Eq. 1) With Vbat = the battery voltage k = the transformation ratio used Vred min = Vres. = Vres_max (Eq. 2) With Vred min = the minimum value of the voltage Vred Vres max = the maximum value of the mains voltage Vres For reasons of control stability, the minimum voltage of the DC bus, denoted Vred min, is greater than the voltage Vres max of an offset value AV, the offset value AV being equal to 40V. Indeed, the DC bus voltage Vred is obtained at the output of the rectifier stage 1. However, this stage can produce a voltage greater than the voltage supplying it, in this case the voltage of the network Vres. In addition, a gain equal to unity is particularly difficult to obtain and maintain. For these reasons, an offset value is considered in order to allow easy operation of the rectifier stage 1. The transformation ratio k2 is a parameter which is determined by the operating conditions of the charger. Indeed, the charger must be able to charge a completely discharged battery (250V) on a network of 250VAC. This imposes the following equation: Vres max + AV = k2.Vbat min (Eq.3) With Vbat min = the minimum value of the battery voltage Vbat Vres max = the maximum value of the voltage Vres of the supply network electric. The equation Eq. 3 can be reformulated to determine the transformation ratio k2. Vres + AV k2 = (Eq.4) Vbat min By choosing Vres max = 250V, Vbat min = 250V and AV = 40V, we obtain a transformation ratio k2 which takes the value 1.574.
Pour limiter le niveau de tension Vres sur le bus continu, on pose les deux conditions suivantes : kl.Vth = Vres.+AV (Eq. 4) k2.Vth = kl.Vbat max (Eq. 5) Avec Vbat max = la valeur maximale de la tension de batterie Vbat L'équation (Eq. 4) signifie que, au point de transition C de la figure 4, on impose un offset de tension AV à la tension Vred minimale (déterminée par l'équation Eq. 2). L'équation (Eq. 5) indique que l'on souhaite obtenir une tension Vred au point B de la figure 4 égale à la valeur de Vred au point D de la figure 4. Cette condition permet de minimiser la valeur maximale de Vred sur la plage totale de tensions. Le rapport de transformation kl est un paramètre qui est également déterminé par les conditions limites. En pratique, on utilise un réseau pouvant aller jusqu'à une tension de 250 V AC. Les deux équations régissant le système sont donc : kl .Vth = VresmIXW . J +40 (Eq. 6) k2.Vth = kl.Vbat. (Eq. 7) A partir de ces deux équations, on peut obtenir l'expression de la tension théorique Vth, par les développements successifs présentés ci-dessous. k2.Vth =Vresn'..'1 + 40 .Vbat. Vth (Eq. 8) Vth2 =Vres + 40 Vbat. k 2 (Eq. 9) 16 Vresina,,.- +40 vb (Eq. 10) Vth 2 - t Vbat Vresi. +40. a max - mm Vth VVbat .Vbatm (Eq. 11) En choisissant Vbat max = 400V, Vbat min = 250V, on obtient une valeur de seuil Vth égale à 316V. En utilisant les équations Eq. 11 et Eq. 6, on peut alors déterminer une valeur du premier rapport de transformation kl égale à 1,25 Afin de concevoir le transformateur, le nombre d'enroulements n1 du premier enroulement primaire, le nombre d'enroulements n2 du deuxième enroulement primaire et le nombre d'enroulements n3 de l'enroulement secondaire doivent être déterminés, et ce, en accord avec les rapports de transformation kl et k2.To limit the voltage level Vres on the DC bus, the following two conditions are applied: kl.Vth = Vres + AV (Eq.4) k2.Vth = kl.Vbat max (Eq.5) With Vbat max = la maximum value of the battery voltage Vbat The equation (Eq.4) means that, at the transition point C of FIG. 4, an AV voltage offset is imposed at the minimum voltage Vred (determined by the equation Eq.2 ). The equation (Eq.5) indicates that it is desired to obtain a voltage Vred at point B of FIG. 4 equal to the value of Vred at point D in FIG. 4. This condition makes it possible to minimize the maximum value of Vred on the total range of voltages. The transformation ratio k1 is a parameter which is also determined by the boundary conditions. In practice, a network of up to a voltage of 250 V AC is used. The two equations governing the system are: kl .Vth = VresmIXW. D +40 (Eq.6) k2.Vth = kl.Vbat. (Eq.7) From these two equations, one can obtain the expression of the theoretical tension Vth, by the successive developments presented below. k2.Vth = Vresn '..' 1 + 40 .Vbat. Vth (Eq.8) Vth2 = Vres + 40 Vbat. k 2 (Eq.9) 16 Vresina ,, .- +40 vb (Eq.10) Vth 2 - t Vbat Vresi. 40. a max - mm Vth VVbat .Vbatm (Eq. 11) By choosing Vbat max = 400V, Vbat min = 250V, a threshold value Vth equal to 316V is obtained. Using the equations Eq. 11 and Eq. 6, we can then determine a value of the first transformation ratio kl equal to 1.25 In order to design the transformer, the number of windings n1 of the first primary winding, the number of windings n2 of the second primary winding and the number of windings n3 of the secondary winding must be determined, and this, in accordance with the transformation ratios kl and k2.
Un exemple de nombres d'enroulement est n1 = 20, n2 = 5, et n3 = 16. On retrouve bien la valeur du premier rapport de transformation k1=n1/n3 = 1.25 et du deuxième rapport de transformation k2 = (nl+n2)/n3 = 1.56. Il apparait ainsi qu'étant donné que le deuxième rapport de transformation k2 est dimensionné par les conditions limites de l'étage de conversion continu continu, la tension maximale en sortie de l'étage redresseur 1 sans adaptation du rapport de transformation serait supérieure à la limite de 600V. Avec l'adaptation du rapport de transformation, il est donc possible d'utiliser l'étage de conversion continu continu 2 à résonnance pure tout en conservant des composants 600V qui génèrent moins de pertes. Avec l'adaptation du rapport de transformation, la tension du bus continu (Vred sur la figure) est de 400V au lieu de 600V pour la solution classique.An example of winding numbers is n1 = 20, n2 = 5, and n3 = 16. We find again the value of the first transformation ratio k1 = n1 / n3 = 1.25 and the second transformation ratio k2 = (nl + n2 ) / n3 = 1.56. It thus appears that since the second transformation ratio k2 is dimensioned by the limit conditions of the continuous DC conversion stage, the maximum voltage at the output of the rectifier stage 1 without adaptation of the transformation ratio would be greater than the limit of 600V. With the adaptation of the transformation ratio, it is therefore possible to use the continuous continuous conversion stage 2 pure resonance while retaining 600V components that generate less losses. With the adaptation of the transformation ratio, the DC bus voltage (Vred in the figure) is 400V instead of 600V for the conventional solution.
On constate que le dimensionnement est basé sur le cas de tension réseau maximal, et le rendement sera optimisé sur la tension réseau maximale (qui est le cas le plus fréquent en France). Dans l'exemple précèdent, le rapport de transformation est modifié à la fin d'une période de commutation des transistors (T1,T2,T3,T4), permettant de passer de kl=20/8 à k2=40/8. En réalisant cette commutation des interrupteurs I1 et 12 à la fin de chaque période de commutation des transistors (T1,T2,T3,T4), ou à la fin d'un multiple de périodes de commutation, on obtient un rapport de transformation moyen égal à k=30/8. Ce principe de commande peut être étendu en modifiant le rapport entre la durée durant laquelle les interrupteurs (11,12) permettent d'obtenir un rapport kl et la durée durant laquelle les interrupteurs (11,12) permettent d'obtenir un rapport k2. Le rapport de transformation obtenu peut être déterminé par l'équation suivante : k = (tl* t2)* (kl I tl + k2 t2) (Eq. 12) Avec tl : la durée pendant laquelle les interrupteurs (11,12) sont commutés de sorte à obtenir le rapport de transformation kl, et t2 : la durée pendant laquelle les interrupteurs (11,12) sont commutés de sorte à obtenir le rapport de transformation k2 Pour réaliser cela, on utilise une modulation à haute fréquence des interrupteurs (11,12) qui se superpose à la modulation principale réalisée par les transistors (T1,T2,T3,T4). En faisant varier le motif de pilotage des interrupteurs (11,12) de sorte à faire varier le rapport des durées tl et t2 de l'équation 12, il est possible d'obtenir un rapport de transformation variant de manière continue de la valeur k1=20/8 à la valeur k2=40/8. Par ailleurs, il faut commuter les interrupteurs (11,12) courants nuls, tous les transistors (T1,T2,T3,T4) doivent être bloqués. Toutefois, les triacs étant limités en fréquence. Il conviendrait d'utiliser plutôt à la place de chaque interrupteur (11,12) un commutateur à base de transistors de type Mosfet (acronyme anglais pour « Metal Oxyde Semiconductor Field Effect Transistor ») agencés dans une structure permettant un comportement réversible. Sur la figure 5, on peut voir qu'un tel commutateur comprend deux bornes, une première borne étant reliée à la cathode d'une neuvième diode D9 et à l'anode d'une dixième diode D10. L'anode de la neuvième diode D9 est reliée à l'anode d'une onzième diode Dll et à la source d'un premier transistor de type MOSFET référencé Ml. La cathode de la onzième diode Dll et le drain du premier transistor MOSFET M1 sont reliés à la deuxième borne. La cathode de la dixième diode D10 est reliée à la cathode d'une douzième diode D12 et au drain d'un deuxième transistor de type MOSFET référencé M2. L'anode de la douzième diode D12 et la source du premier transistor MOSFET M2 sont reliés à la deuxième borne.We note that the design is based on the case of maximum network voltage, and the efficiency will be optimized on the maximum network voltage (which is the most common case in France). In the previous example, the transformation ratio is modified at the end of a switching period of the transistors (T1, T2, T3, T4), making it possible to go from k1 = 20/8 to k2 = 40/8. By performing this switching of the switches I1 and 12 at the end of each switching period of the transistors (T1, T2, T3, T4), or at the end of a multiple of switching periods, an equal average transformation ratio is obtained. at k = 30/8. This control principle can be extended by modifying the ratio between the duration during which the switches (11,12) make it possible to obtain a ratio k1 and the duration during which the switches (11,12) make it possible to obtain a ratio k2. The transformation ratio obtained can be determined by the following equation: k = (tl * t2) * (kl I tl + k2 t2) (Eq.12) With tl: the duration during which the switches (11, 12) are switched so as to obtain the transformation ratio k1, and t2: the duration during which the switches (11, 12) are switched so as to obtain the transformation ratio k2. To achieve this, a high frequency modulation of the switches is used ( 11, 12) which is superimposed on the main modulation produced by the transistors (T1, T2, T3, T4). By varying the driving pattern of the switches (11,12) so as to vary the ratio of the times t1 and t2 of the equation 12, it is possible to obtain a continuously varying transformation ratio of the value k1 = 20/8 at the value k2 = 40/8. In addition, it is necessary to switch the switches (11,12) zero currents, all transistors (T1, T2, T3, T4) must be blocked. However, triacs are limited in frequency. Instead of each switch (11, 12), it is preferable to use a switch based on Mosfet transistors (metal oxide semiconductor field effect transistor) arranged in a structure that allows reversible behavior. In FIG. 5, it can be seen that such a switch comprises two terminals, a first terminal being connected to the cathode of a ninth diode D9 and to the anode of a tenth diode D10. The anode of the ninth diode D9 is connected to the anode of an eleventh diode D11 and to the source of a first MOSFET transistor referenced M1. The cathode of the eleventh diode D11 and the drain of the first MOSFET transistor M1 are connected to the second terminal. The cathode of the tenth diode D10 is connected to the cathode of a twelfth diode D12 and to the drain of a second transistor of MOSFET type referenced M2. The anode of the twelfth diode D12 and the source of the first MOSFET transistor M2 are connected to the second terminal.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1361986A FR3014260B1 (en) | 2013-12-03 | 2013-12-03 | METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING A BIDIRECTIONAL CHARGER OF A MOTOR VEHICLE BATTERY. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1361986A FR3014260B1 (en) | 2013-12-03 | 2013-12-03 | METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING A BIDIRECTIONAL CHARGER OF A MOTOR VEHICLE BATTERY. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR3014260A1 true FR3014260A1 (en) | 2015-06-05 |
FR3014260B1 FR3014260B1 (en) | 2016-01-01 |
Family
ID=50639608
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR1361986A Expired - Fee Related FR3014260B1 (en) | 2013-12-03 | 2013-12-03 | METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING A BIDIRECTIONAL CHARGER OF A MOTOR VEHICLE BATTERY. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR3014260B1 (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108312889A (en) * | 2018-04-25 | 2018-07-24 | 苏州市万松电气有限公司 | The bidirectional charger of high-power high-efficiency for railcar |
FR3078212A1 (en) * | 2018-02-16 | 2019-08-23 | Renault S.A.S | DC-DC CONVERTER FOR BIDIRECTIONAL CHARGER. |
WO2020239476A1 (en) | 2019-05-29 | 2020-12-03 | Renault S.A.S | Method for controlling a dc-dc converter for a two-way electrical storage battery charger |
WO2021003651A1 (en) * | 2019-07-08 | 2021-01-14 | 深圳欣锐科技股份有限公司 | Switch power source circuit for integrated vehicle-mounted charger, and converter |
EP4112364A1 (en) | 2021-06-28 | 2023-01-04 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Charging system for an at least partially electrically operated motor vehicle as well as a method for operating a charging system |
FR3124906A1 (en) | 2021-07-05 | 2023-01-06 | Renault S.A.S | Method of controlling a reversible DC-DC converter. |
FR3125370A1 (en) | 2021-07-13 | 2023-01-20 | Renault S.A.S | Control method of a reversible DC-DC converter. |
FR3127728A1 (en) * | 2021-10-04 | 2023-04-07 | Vitesco Technologies | Motor vehicle electrical system |
FR3138589A1 (en) | 2022-08-01 | 2024-02-02 | Renault S.A.S | Method for controlling a bidirectional electric charger |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4230727A1 (en) * | 1992-09-14 | 1994-03-17 | Antohi Nikolaus Dipl Ing Fh | Linear inverter for power supply to sensitive measuring appts. - employs multiplying D=A converter for sync. adaptation of control voltage to maintain output within tolerances |
US20030178889A1 (en) * | 2002-03-20 | 2003-09-25 | Caterpillar Inc. | System for providing multiple power conversion operations |
US7609037B1 (en) * | 2006-06-23 | 2009-10-27 | Edward Herbert | “Natural modulation” for maximizing efficiency in power converters |
WO2012113442A1 (en) * | 2011-02-21 | 2012-08-30 | Sma Solar Technology Ag | Dc-to-dc converter and method for operating a dc-to-dc converter |
US20130002197A1 (en) * | 2011-06-29 | 2013-01-03 | Yaru Najem Mendez Hernandez | Systems and methods for charging |
WO2013075623A1 (en) * | 2011-11-25 | 2013-05-30 | Shenzhen Byd Auto R&D Company Limited | Dc/dc bidirectional converter |
-
2013
- 2013-12-03 FR FR1361986A patent/FR3014260B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4230727A1 (en) * | 1992-09-14 | 1994-03-17 | Antohi Nikolaus Dipl Ing Fh | Linear inverter for power supply to sensitive measuring appts. - employs multiplying D=A converter for sync. adaptation of control voltage to maintain output within tolerances |
US20030178889A1 (en) * | 2002-03-20 | 2003-09-25 | Caterpillar Inc. | System for providing multiple power conversion operations |
US7609037B1 (en) * | 2006-06-23 | 2009-10-27 | Edward Herbert | “Natural modulation” for maximizing efficiency in power converters |
WO2012113442A1 (en) * | 2011-02-21 | 2012-08-30 | Sma Solar Technology Ag | Dc-to-dc converter and method for operating a dc-to-dc converter |
US20130002197A1 (en) * | 2011-06-29 | 2013-01-03 | Yaru Najem Mendez Hernandez | Systems and methods for charging |
WO2013075623A1 (en) * | 2011-11-25 | 2013-05-30 | Shenzhen Byd Auto R&D Company Limited | Dc/dc bidirectional converter |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3078212A1 (en) * | 2018-02-16 | 2019-08-23 | Renault S.A.S | DC-DC CONVERTER FOR BIDIRECTIONAL CHARGER. |
CN108312889A (en) * | 2018-04-25 | 2018-07-24 | 苏州市万松电气有限公司 | The bidirectional charger of high-power high-efficiency for railcar |
CN108312889B (en) * | 2018-04-25 | 2024-01-09 | 苏州市万松电气有限公司 | High-power high-efficiency bidirectional charger for subway vehicle |
WO2020239476A1 (en) | 2019-05-29 | 2020-12-03 | Renault S.A.S | Method for controlling a dc-dc converter for a two-way electrical storage battery charger |
FR3096847A1 (en) | 2019-05-29 | 2020-12-04 | Renault S.A.S | Method of controlling a DC-DC converter for a bidirectional electric storage battery charger |
WO2021003651A1 (en) * | 2019-07-08 | 2021-01-14 | 深圳欣锐科技股份有限公司 | Switch power source circuit for integrated vehicle-mounted charger, and converter |
EP4112364A1 (en) | 2021-06-28 | 2023-01-04 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Charging system for an at least partially electrically operated motor vehicle as well as a method for operating a charging system |
FR3124906A1 (en) | 2021-07-05 | 2023-01-06 | Renault S.A.S | Method of controlling a reversible DC-DC converter. |
FR3125370A1 (en) | 2021-07-13 | 2023-01-20 | Renault S.A.S | Control method of a reversible DC-DC converter. |
FR3127728A1 (en) * | 2021-10-04 | 2023-04-07 | Vitesco Technologies | Motor vehicle electrical system |
WO2023057161A1 (en) * | 2021-10-04 | 2023-04-13 | Vitesco Technologies GmbH | Electrical system for a motor vehicle |
FR3138589A1 (en) | 2022-08-01 | 2024-02-02 | Renault S.A.S | Method for controlling a bidirectional electric charger |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR3014260B1 (en) | 2016-01-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FR3014260A1 (en) | METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING A BIDIRECTIONAL CHARGER OF A MOTOR VEHICLE BATTERY. | |
EP3554887B1 (en) | Control method for a charge device embedded on an electrical or hybrid vehicle | |
Tang et al. | A bridgeless totem-pole interleaved PFC converter for plug-in electric vehicles | |
US8614564B2 (en) | Systems and methods for providing power to a load based upon a control strategy | |
EP3161951B1 (en) | Voltage converter comprising an isolated dc/dc converter circuit | |
EP3363111A1 (en) | Insulated dc/dc converter | |
Saeed et al. | An integrated charger with hybrid power source using pv array for ev application | |
Singh et al. | A PFC based EV battery charger using a bridgeless SEPIC converter | |
EP3077248B1 (en) | Method and system for controlling a bidirectional charger of a motor vehicle battery | |
WO2016059353A1 (en) | Isolated dc/dc converter | |
Kushwaha et al. | Electric Vehicle On-Board Fast Charging Through Converter Maximum Switch Utilization | |
EP3161950B1 (en) | Voltage converter comprising an isolated dc/dc converter circuit | |
EP3685485B1 (en) | Method for controlling a charging system for a traction battery | |
Gupta et al. | A General Purpose Transformerless Charging System Based on Fully Bridgeless Canonical Switching Cell High-Quality Rectifier for LVEVs | |
Shahzad et al. | Design of a PEV battery charger with high power factor using half-bridge LLC-SRC operating at resonance frequency | |
Halder | Modelling and Simulation of a Bi-Directional DC to DC Converter System | |
Sidorov et al. | Series-resonant DC-DC interface converter for battery integration into DC microgrids | |
Sharma et al. | A Bidirectional Battery Charger for a Wide Range of Electric Vehicles | |
EP3707800B1 (en) | Method for controlling a battery charger for electrical accumulators | |
FR3014261A1 (en) | METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING A BI - DIRECTIONAL CHARGER FOR A MOTOR VEHICLE. | |
Gupta et al. | A switched capacitor-coupled inductor based high gain buck converter with power factor pre-regulator for LEVs charging application | |
FR3014262A1 (en) | METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING A BI - DIRECTIONAL CHARGER FOR A MOTOR VEHICLE. | |
Hemapriya et al. | PV Fed Luo Converter Based Battery Management System for Electric Vehicle Application | |
EP2297840A1 (en) | Arc welding set with an optimized quasi-resonant soft-switching inverter | |
Chaurasiya et al. | A Dynamically Adaptive Rising-Edge Shifting Frequency PWM Implemented MPFT Technique for Portable EV Charger Development |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 7 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 8 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 9 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 10 |
|
CA | Change of address |
Effective date: 20221121 |
|
ST | Notification of lapse |
Effective date: 20240805 |