FR3144563A1 - ELECTRIFIED VEHICLE EQUIPPED WITH CONDUCTIVE AND INDUCTIVE CHARGING MEANS - Google Patents
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Abstract
Le véhicule électrifié (VE1) comprend des moyens embarqués (MRC) de recharge conductive d’une batterie électrique de traction (B_HV) du véhicule et des moyens embarqués (MRI) de recharge inductive de la batterie électrique de traction. Conformément à l’invention, le véhicule comprend des moyens embarqués de recharge mutualisés (MM) sollicités aussi bien pour une recharge conductive que pour une recharge inductive, les moyens embarqués de recharge mutualisés comprenant un convertisseur électrique (C34) de type « AC/DC » fournissant un courant électrique continu pour la recharge de la batterie électrique de traction. Figure 2 The electrified vehicle (VE1) comprises on-board means (MRC) for conductive recharging of an electric traction battery (B_HV) of the vehicle and on-board means (MRI) for inductive recharging of the electric traction battery. In accordance with the invention, the vehicle comprises on-board shared recharging means (MM) used both for conductive recharging and for inductive recharging, the on-board shared recharging means comprising an electrical converter (C34) of the “AC/DC” type. » providing direct electric current for recharging the electric traction battery. Figure 2
Description
La présente invention concerne de manière générale la recharge électrique de la batterie de traction d’un véhicule électrifié, comme un véhicule tout électrique ou un véhicule hybride électrique rechargeable dit « PHEV » (pour « Plug-in Hybrid Electric Vehicle » en anglais). Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un véhicule électrifié équipé de moyens de recharge par conduction électrique et par induction magnétique.The present invention relates generally to the electrical recharging of the traction battery of an electrified vehicle, such as an all-electric vehicle or a plug-in hybrid electric vehicle known as a “PHEV” (for “Plug-in Hybrid Electric Vehicle” in English). More particularly, the invention relates to an electrified vehicle equipped with means of recharging by electrical conduction and by magnetic induction.
La propulsion électrique des véhicules est une solution viable pour répondre aux enjeux environnementaux et de santé publique découlant de la dépendance aux énergies fossiles. Les puissances spécifiques entre les moteurs électriques et les moteurs thermiques sont dans les mêmes ordres de grandeur, avec cependant un avantage important en termes de rendement pour les moteurs électriques. Les chaînes de traction électrique ont cependant l’inconvénient d’une faible autonomie de roulage, liée à la capacité limitée de la batterie électrique de traction. L’amélioration de leur autonomie de roulage exige des capacités de batterie électrique de traction plus importantes, ce qui impose le recours à des systèmes de recharge rapide. Les systèmes de recharge doivent être sûrs, économiques, efficaces énergétiquement et d’une utilisation aisée pour les personnes afin de faciliter l’adoption des véhicules électrifiés par le grand public.Electric propulsion of vehicles is a viable solution to address the environmental and public health issues arising from dependence on fossil fuels. The specific powers between electric motors and thermal engines are in the same orders of magnitude, with however a significant advantage in terms of efficiency for electric motors. However, electric powertrains have the disadvantage of a low driving range, linked to the limited capacity of the electric traction battery. Improving their driving range requires greater electric traction battery capacities, which requires the use of fast charging systems. Charging systems must be safe, economical, energy efficient and easy to use for people in order to facilitate the adoption of electrified vehicles by the general public.
La recharge par induction magnétique, dite aussi recharge inductive, est considérée comme une solution d’avenir pour la recharge des batteries des véhicules électrifiés. Un dispositif de recharge inductive, associé en complément à un dispositif de recharge par conduction électrique, dite aussi recharge filaire, offre un intérêt certain pour une stratégie de recharge optimale en fonction de la situation de vie du véhicule. La recharge inductive apporte à l’utilisateur un grand confort d’utilisation en lui évitant la tâche fastidieuse du raccordement par câble du véhicule à une station de recharge électrique. De plus, si le dispositif de recharge inductive est équipé d’une bobine primaire mobile, il en résulte une certaine flexibilité pour l’emplacement de stationnement du véhicule pour sa recharge. Par ailleurs, cette technologie est applicable non seulement pour une recharge statique du véhicule en stationnement, mais aussi pour une recharge dynamique du véhicule en roulage sur une piste de recharge inductive intégrée dans le revêtement de la chaussée.Magnetic induction charging, also known as inductive charging, is considered a future solution for recharging the batteries of electrified vehicles. An inductive charging device, combined in addition with an electrical conduction charging device, also known as wired charging, offers a certain interest for an optimal charging strategy depending on the vehicle's life situation. Inductive charging provides the user with great ease of use by avoiding the tedious task of connecting the vehicle to an electric charging station by cable. In addition, if the inductive charging device is equipped with a mobile primary coil, this results in a certain flexibility for the parking location of the vehicle for charging. Furthermore, this technology is applicable not only for static charging of the parked vehicle, but also for dynamic charging of the vehicle while driving on an inductive charging track integrated into the road surface.
En référence à la
Le dispositif de recharge filaire DRC comprend plusieurs étages en cascade, à savoir, un convertisseur électrique de puissance C1, un convertisseur électrique de puissance C2, un transformateur d’isolation électrique TR, un convertisseur électrique de puissance C3 et un filtre de sortie FL1. Le convertisseur C1, de type dit « AC/DC » pour « Alternating Current /Direct Current », reçoit une énergie électrique en courant alternatif à travers une prise PR de raccordement par câble à la borne de recharge électrique susmentionnée et convertit celle-ci en une énergie électrique en courant continu. Le convertisseur C1 est un convertisseur à correction de facteur de puissance, dit « PFC » pour « Power Factor Correction » en anglais, autorisant une meilleure efficacité énergétique par réduction de la puissance réactive. Le convertisseur C2, de type dit « DC/AC » pour « Direct Current / Alternating Current », reçoit l’énergie électrique en courant continu fournie par le convertisseur C1 et convertit celle-ci en une énergie électrique en courant alternatif. Le convertisseur C3, du type « AC/DC », reçoit, via le transformateur d’isolation électrique TR, l’énergie électrique en courant alternatif fournie par le convertisseur C2 et convertit celle-ci en une énergie électrique en courant continu qui est destinée, après lissage par le filtre de sortie FL1, à charger la batterie de traction haute tension B_HV. Le filtre de sortie FL1 est de type dit « DC », pour « Direct Current » en anglais, et assure un filtrage passe-bas du courant continu de charge.The wired charging device DRC comprises several cascaded stages, namely, an electrical power converter C1, an electrical power converter C2, an electrical isolation transformer TR, an electrical power converter C3 and an output filter FL1. The converter C1, of the so-called “AC/DC” type for “Alternating Current/Direct Current”, receives electrical energy in alternating current through a PR socket for connection by cable to the aforementioned electrical charging station and converts it into electrical energy in direct current. The converter C1 is a converter with power factor correction, called “PFC” for “Power Factor Correction” in English, allowing better energy efficiency by reducing reactive power. The converter C2, of the so-called “DC/AC” type for “Direct Current/Alternating Current”, receives the electrical energy in direct current supplied by the converter C1 and converts it into electrical energy in alternating current. The converter C3, of the “AC/DC” type, receives, via the electrical isolation transformer TR, the alternating current electrical energy supplied by the converter C2 and converts it into direct current electrical energy which is intended, after smoothing by the output filter FL1, to charge the high-voltage traction battery B_HV. The output filter FL1 is of the so-called “DC” type, for “Direct Current” in English, and provides low-pass filtering of the direct charging current.
Le dispositif de recharge inductive embarqué DRI et le dispositif de recharge inductive au sol DIS comprennent chacun plusieurs étages en cascade. Le dispositif embarqué DRI comprend une bobine d’induction secondaire BS, un convertisseur électrique de puissance C4 et un filtre de sortie FL2. La bobine d’induction secondaire BS est installée dans un emplacement du véhicule VE autorisant un couplage magnétique avec une bobine d’induction primaire BP du dispositif au sol DIS. La bobine secondaire BS reçoit une énergie électrique en courant alternatif fournie par la bobine d’induction primaire BP et fournit celle-ci au convertisseur C4 qui est du type « AC/DC ». Le convertisseur C4 convertit l’énergie électrique en courant alternatif reçue en une énergie électrique en courant continu qui est destinée, après lissage par le filtre de sortie FL2, à charger la batterie de traction haute tension B_HV. Le filtre de sortie FL2, de même que le filtre FL1 susmentionné, est de type « DC » et assure un filtrage passe-bas du courant continu de charge.The on-board inductive charging device DRI and the ground-based inductive charging device DIS each comprise several cascaded stages. The on-board device DRI comprises a secondary induction coil BS, an electrical power converter C4 and an output filter FL2. The secondary induction coil BS is installed in a location of the vehicle VE allowing magnetic coupling with a primary induction coil BP of the ground-based device DIS. The secondary coil BS receives alternating current electrical energy supplied by the primary induction coil BP and supplies it to the converter C4 which is of the “AC/DC” type. The converter C4 converts the received alternating current electrical energy into direct current electrical energy which is intended, after smoothing by the output filter FL2, to charge the high-voltage traction battery B_HV. The output filter FL2, like the aforementioned filter FL1, is of the “DC” type and provides low-pass filtering of the direct charging current.
Outre la bobine d’induction primaire BP, le dispositif au sol DIS comprend des convertisseurs électriques de puissance C5 et C6. Le convertisseur C5, de type « AC/DC », est relié au réseau électrique et reçoit une énergie électrique en courant alternatif fournie par celui-ci. Le convertisseur C5 est un convertisseur de type « PFC » qui convertit l’énergie électrique en courant alternatif reçue en une énergie électrique en courant continu. Le convertisseur C6, de type « DC/AC », reçoit l’énergie électrique en courant continu fournie par le convertisseur C6 et convertit celle-ci en une énergie électrique en courant alternatif qui alimente la bobine d’induction primaire BP.In addition to the primary induction coil BP, the ground device DIS includes electrical power converters C5 and C6. Converter C5, of the “AC/DC” type, is connected to the electrical network and receives alternating current electrical energy supplied by it. Converter C5 is a “PFC” type converter that converts the received alternating current electrical energy into direct current electrical energy. Converter C6, of the “DC/AC” type, receives the direct current electrical energy supplied by converter C6 and converts it into alternating current electrical energy that powers the primary induction coil BP.
Dans l’état de la technique, comme illustrée par l’architecture décrite ci-dessus en référence à la
Il existe donc un besoin d’optimisation de l’architecture des moyens de recharge embarqués dans un véhicule électrifié lorsque celui-ci doit posséder à la fois une fonction de recharge conductive et une fonction de recharge inductive pour sa batterie électrique de traction.There is therefore a need to optimize the architecture of the charging means on board an electrified vehicle when it must have both a conductive charging function and an inductive charging function for its electric traction battery.
Selon un premier aspect, l’invention concerne un véhicule électrifié comprenant des moyens embarqués de recharge conductive d’une batterie électrique de traction du véhicule et des moyens embarqués de recharge inductive de la batterie électrique de traction. Conformément à l’invention, le véhicule comprend des moyens embarqués de recharge mutualisés sollicités aussi bien pour une recharge conductive que pour une recharge inductive, les moyens embarqués de recharge mutualisés comprenant un convertisseur électrique de type « AC/DC » fournissant un courant électrique continu pour la recharge de la batterie électrique de traction.According to a first aspect, the invention relates to an electrified vehicle comprising on-board means for conductively recharging an electric traction battery of the vehicle and on-board means for inductively recharging the electric traction battery. In accordance with the invention, the vehicle comprises on-board shared recharging means used for both conductive recharging and inductive recharging, the on-board shared recharging means comprising an “AC/DC” type electrical converter providing a direct electric current for recharging the electric traction battery.
Selon une caractéristique particulière, les moyens embarqués de recharge mutualisés comprennent également un commutateur de puissance ayant une première position de commutation associée à la recharge conductive et une deuxième position de commutation associée à la recharge inductive.According to a particular characteristic, the shared on-board charging means also comprise a power switch having a first switching position associated with conductive charging and a second switching position associated with inductive charging.
Selon une autre caractéristique particulière, les moyens embarqués de recharge mutualisés comprennent également un filtre de type « DC » assurant un filtrage passe-bas du courant électrique continu pour la recharge de la batterie électrique de traction.According to another particular characteristic, the shared on-board recharging means also include a “DC” type filter ensuring low-pass filtering of the direct electric current for recharging the electric traction battery.
Selon encore une autre caractéristique particulière, les moyens embarqués de recharge conductive comprennent un convertisseur électrique de type « AC/DC » à correction de facteur de puissance, un convertisseur électrique de type « DC/AC » et un transformateur d’isolation électrique qui sont reliés en cascade, le convertisseur électrique de type « AC/DC » à correction de facteur de puissance étant alimenté via un câble électrique par une énergie électrique en courant alternatif provenant d’un réseau d’alimentation électrique et le convertisseur électrique de type « DC/AC » étant agencé de façon à alimenter en énergie, via ledit transformateur d’isolation électrique, les moyens embarqués de recharge mutualisés lors d’une recharge conductive de la batterie électrique de traction.According to yet another particular characteristic, the on-board conductive charging means comprise an “AC/DC” type electrical converter with power factor correction, a “DC/AC” type electrical converter and an electrical isolation transformer which are connected in cascade, the “AC/DC” type electrical converter with power factor correction being supplied via an electrical cable by alternating current electrical energy from an electrical supply network and the “DC/AC” type electrical converter being arranged so as to supply energy, via said electrical isolation transformer, to the shared on-board charging means during conductive charging of the electric traction battery.
Selon encore une autre caractéristique particulière, les moyens embarqués de recharge inductive comprennent une bobine d’induction secondaire agencée de façon à alimenter en énergie les moyens embarqués de recharge mutualisés lors d’une recharge inductive de la batterie électrique de traction, la bobine d’induction secondaire étant couplée magnétiquement, lors de la recharge inductive, avec une bobine d’induction primaire d’un dispositif de recharge inductive extérieur au véhicule et relié à un réseau d’alimentation électrique.According to yet another particular characteristic, the on-board inductive charging means comprise a secondary induction coil arranged so as to supply energy to the shared on-board charging means during inductive charging of the electric traction battery, the secondary induction coil being magnetically coupled, during inductive charging, with a primary induction coil of an inductive charging device external to the vehicle and connected to an electrical power supply network.
D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de formes de réalisation particulières de l’invention en référence aux dessins annexés, dans lesquels :Other advantages and features of the present invention will become more apparent upon reading the detailed description below of particular embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings, in which:
La
La
La
De manière générale, l’invention repose sur la suppression d’une redondance de composants présente dans l’architecture des moyens de recharge conductive et inductive selon la technique antérieure. En effet, en référence à la
L’invention supprime cette redondance en procurant un convertisseur électrique de puissance et un filtre de sortie qui sont partagés par la fonction de recharge conductive et la fonction de recharge inductive. Comparativement à l’architecture de la technique antérieure, la mutualisation de moyens introduite par l’invention permet donc de se passer d’un convertisseur électrique de puissance et d’un filtre de sortie, ainsi que du câblage (de type dit « busbar », câble ou autres), des connecteurs et d’autres composants associés comme des moyens de commande et de protection. Il en résulte des gains sensibles sur le poids, le volume et le coût des moyens embarqués nécessaires pour réaliser les fonctions de recharge conductive et de recharge inductive.The invention eliminates this redundancy by providing an electrical power converter and an output filter that are shared by the conductive charging function and the inductive charging function. Compared to the architecture of the prior art, the pooling of resources introduced by the invention therefore makes it possible to do without an electrical power converter and an output filter, as well as wiring (of the so-called "busbar" type, cable or others), connectors and other associated components such as control and protection means. This results in significant savings on the weight, volume and cost of the on-board means necessary to perform the conductive charging and inductive charging functions.
En référence à la
Comme visible à la
Les moyens embarqués MRC comprennent ici des convertisseurs électriques de puissance C1a et C2a et un transformateur d’isolation électrique TRa. Le convertisseur C1a, qui est analogue au convertisseur C1 du véhicule VE de la technique antérieure, est un convertisseur « AC/DC » de type « PFC » relié par câble, via une prise de raccordement PRa, à une borne de recharge électrique filaire, publique ou domestique, reliée au réseau électrique (AC). Le convertisseur C2a, qui est analogue au convertisseur C2 du véhicule VE de la technique antérieure, est un convertisseur « DC/AC » qui reçoit l’énergie électrique en courant continu fournie par le convertisseur C1a et convertit celle-ci en une énergie électrique en courant alternatif fournie à un enroulement primaire du transformateur d’isolation électrique TRa.The on-board means MRC here comprise electrical power converters C1a and C2a and an electrical isolation transformer TRa. The converter C1a, which is analogous to the converter C1 of the EV vehicle of the prior art, is a “PFC” type “AC/DC” converter connected by cable, via a PRa connection socket, to a wired, public or domestic electrical charging station, connected to the electrical network (AC). The converter C2a, which is analogous to the converter C2 of the EV vehicle of the prior art, is a “DC/AC” converter which receives the direct current electrical energy supplied by the converter C1a and converts it into alternating current electrical energy supplied to a primary winding of the electrical isolation transformer TRa.
Les moyens embarqués de recharge inductive MRI comprennent ici une bobine d’induction secondaire BSa. La bobine d’induction secondaire BSa est installée dans un emplacement du véhicule VE1 autorisant un couplage magnétique avec une bobine d’induction primaire BPa d’un dispositif au sol DISa analogue au dispositif au sol DIS décrit à la
Outre la bobine d’induction primaire BPa, le dispositif au sol DISa comprend des convertisseurs électriques de puissance C5a et C6a analogues aux convertisseurs C5 et C6 du dispositif au sol DIS de la
Le véhicule électrifié VE1 selon l’invention se distingue essentiellement du véhicule électrifié VE de la technique antérieure par la présence des moyens embarqués mutualisés MM qui comprennent notamment un convertisseur électrique de puissance C34, un filtre de sortie FL12 et un commutateur de puissance IT.The electrified vehicle VE1 according to the invention is essentially distinguished from the electrified vehicle VE of the prior art by the presence of shared on-board means MM which notably comprise an electric power converter C34, an output filter FL12 and a power switch IT.
Le convertisseur C34, qui est analogue aux convertisseurs C3 et C4 du véhicule VE de la technique antérieure, est un convertisseur « AC/DC » qui reçoit une énergie électrique en courant alternatif, via le commutateur de puissance IT, et convertit celle-ci en une énergie électrique en courant continu. Le filtre de sortie FL12, qui est analogue aux filtres FL1 et FL2 du véhicule VE de la technique antérieure, est un filtre de type « DC » disposé entre la sortie du convertisseur C34 et la batterie B_HV pour assurer un filtrage passe-bas du courant continu de charge fourni à la batterie B_HV.The converter C34, which is analogous to the converters C3 and C4 of the prior art VE vehicle, is an "AC/DC" converter that receives alternating current electrical energy, via the power switch IT, and converts it into direct current electrical energy. The output filter FL12, which is analogous to the filters FL1 and FL2 of the prior art VE vehicle, is a "DC" type filter arranged between the output of the converter C34 and the battery B_HV to provide low-pass filtering of the direct charging current supplied to the battery B_HV.
Le convertisseur C34 et le filtre de sortie FL12 sont dimensionnés pour un fonctionnement dans les deux modes de recharge, à savoir, la recharge conductive et la recharge inductive.The C34 converter and the FL12 output filter are sized for operation in both charging modes, namely, conductive charging and inductive charging.
Le commutateur de puissance IT, représenté schématiquement à la
Ainsi, dans l’invention, selon la position de commutation du commutateur IT, le convertisseur C34 et le filtre FL12 collaborent avec les moyens embarqués de recharge conductive MRC pour une recharge conductive de la batterie B_HV ou collaborent avec les moyens embarqués de recharge inductive MRI pour une recharge inductive de la batterie B_HV. En mode de recharge conductive, les composants C1a, C2a et TRa des moyens MRC et les composants IT (P1), C34 et FL12 des moyens mutualisés sont actifs et transmettent l’énergie pour la recharge de la batterie B_HV. En mode de recharge inductive, les composants C5a, C6a et BPa du dispositif au sol DISa, ainsi que la bobine d’induction secondaire BSa et les composants IT (P2), C34 et FL12 des moyens mutualisés sont actifs et transmettent l’énergie pour la recharge de la batterie B_HV. Dans les deux modes de recharge, conductive et inductive, d’autres composants, non représentés ici pour la clarté de la
Comme visible à la
L’invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l’invention.The invention is not limited to the particular embodiments which have been described here by way of example. Those skilled in the art, depending on the applications of the invention, will be able to make various modifications and variations falling within the scope of protection of the invention.
Claims (5)
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Citations (4)
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2023
- 2023-01-03 FR FR2300019A patent/FR3144563A1/en active Pending
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