Titre de l'invention : Procédé de connexion d’une batterie haute tension à un réseau haute tension dans un groupe motopropulseur de véhicule électrique ou hybride

[0001] La présente invention concerne, de manière générale, les véhicules électriques ou hybrides, comme par exemple les véhicules automobiles, équipés de relais permettant de connecter une batterie au réseau électrique d’un groupe motopropulseur.

[0002] Plus précisément, l’invention se rapporte à un procédé de connexion d’une batterie haute tension à un réseau haute tension à partir d’un relais dans un groupe motopropulseur de véhicule électrique ou hybride, ainsi qu’un groupe motopropulseur associé.

[0003] Un relais électromécanique est un organe électrique actionné par un électroaimant et jouant le rôle d’interrupteur pour distribuer de la puissance à partir d’un ordre émis par une commande. Il permet ainsi l’ouverture et la fermeture d’un circuit électrique de puissance à partir d’une information logique.

[0004] Un arc électrique peut se créer par ionisation du milieu isolant, généralement l'air. Une fois ionisé, le gaz crée un canal conducteur qui entraîne le reste de la charge présente sur la surface de départ. L'arc continue alors, même si les surfaces s'écartent l'une de l'autre et pour autant que la différence de potentiel reste suffisante, mais plusieurs ordres de grandeurs sous le champ électrique critique sont nécessaires pour ioniser l'air.

[0005] Un courant traversant un arc électrique est généralement intense. C'est pourquoi un arc électrique cause de fortes perturbations électromagnétiques. Les surfaces des parties conductrices reliées par un arc se détériorent fortement, du fait de la température de l'arc notamment. Cela peut aisément être constaté par l'usure des bornes de contact des relais électriques.

[0006] Le fait de connecter via des relais une batterie à un réseau électrique qui est à tension non nulle amène à un risque de formation d’arc électrique au niveau du relais. Plus l’écart de tension est grand, plus le courant de l’arc électrique formé est élevé.

[0007] Dans les véhicules automobiles électriques ou hybrides actuels, considérant un écart de tension pouvant aller de 200V à 800V entre le réseau électrique et la batterie, les relais communément utilisés ne peuvent résister qu’une dizaine de commutations compte tenu de la dégradation produite suite à la formation de l’arc électrique.

[0008] Pour réduire le courant d’appel, au niveau du relais, associé à l’arc électrique qui se produit au moment de la connexion entre la batterie et le réseau électrique, il est classique d’effectuer une précharge du réseau électrique afin que celui-ci soit porté au même niveau de tension que la batterie. Lorsque le niveau de tension de la batterie et du réseau haute tension est identique, au moment de la fermeture du relais, le courant d’appel est nul et, par conséquent, aucun arc électrique ne se forme. Ceci améliore la durabilité des relais.

[0009] Plusieurs solutions pour précharger un réseau haute tension d’un groupe moto- propulseur sont connues.

[0010] Une solution est d’ajouter un circuit spécifique pour précharger le réseau haute tension depuis la batterie haute tension. Ce circuit intègre une résistance et un relais supplémentaire de précharge. La valeur ohmique de la résistance est très élevée afin de fortement limiter le courant d’appel au moment de la fermeture du circuit de précharge. Une fois que le réseau haute tension est préchargé, autrement dit, lorsqu’il est au même niveau de tension que la batterie haute tension, le relais principal peut être fermé sans formation d’arc électrique.

[0011] Une autre solution consiste à précharger le réseau haute tension grâce à une batterie basse tension via un convertisseur de puissance élévateur courant continu/courant continu dit « convertisseur élévateur CC/CC », appelé aussi communément « boost converter direct current/direct current DC/DC » en langue anglaise.

[0012] Classiquement, des capteurs de tension sont associés à la batterie haute tension et au réseau haute tension. Une unité de contrôle électronique contrôlant la batterie haute tension envoie à une unité de contrôle électronique maître le niveau de tension de cette dernière, relevé par le capteur de tension qui lui est associé. En fonction de l’information reçue, l’unité de contrôle maître envoie une consigne de tension de précharge du réseau haute tension à une unité de contrôle électronique contrôlant le convertisseur élévateur CC/CC.

[0013] Le convertisseur élévateur CC/CC utilise l’énergie de la batterie basse tension pour faire monter en tension le réseau haute tension, et notamment ses condensateurs, jusqu’à la consigne de tension reçue par l’unité de contrôle électronique maître. Lorsque le réseau haute tension est préchargé, le relais principal peut être fermé sans formation d’arc électrique

[0014] Cependant, différents paramètres affectent la précision des capteurs de tension de la batterie haute tension et du réseau haute tension tels que leur déviation de production, leur vieillissement, la température à laquelle ils sont exposés, le niveau de tension de la batterie haute tension ainsi que la conception électrique et électronique.

[0015] De ce fait, bien que le capteur de tension de l’unité de contrôle électronique de la batterie et le capteur de tension de l’unité de contrôle électronique du convertisseur élévateur CC/CC estiment la même valeur de tension, il peut au contraire exister un écart important de tension réelle entre la batterie haute tension et le réseau haute tension. Malgré la précharge, un arc électrique peut se former lorsque le relais est fermé et endommager ce dernier.

[0016] L’invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer un procédé simple permettant de connecter une batterie haute tension au réseau haute tension empêchant la formation d’arc électrique, sans qu’il soit nécessaire de prévoir un circuit supplémentaire spécifique.

[0017] Il est donc proposé un procédé de connexion d’une batterie haute tension à un réseau haute tension à partir d’au moins un relais dans un groupe motopropulseur de véhicule électrique ou hybride, comprenant :

[0018] une précharge du réseau haute tension en fonction d’une consigne de précharge préétablie ;

[0019] une connexion entre la batterie haute tension et le réseau haute tension par fermeture du relais ;

[0020] une mesure de l’écart entre la tension de la batterie haute tension et la tension du réseau haute tension lorsque la batterie haute tension et le réseau haute tension sont connectés et que le courant de la batterie haute tension est nul ; et

[0021] un établissement d’une consigne de précharge corrigée en fonction de l’écart mesuré entre la batterie haute tension et le réseau haute tension pour une prochaine connexion.

[0022] Selon un mode de mise en œuvre, un ou plusieurs consommateurs peuvent être connectés au réseau haute tension et consomment l’énergie de la batterie haute tension lorsque la batterie haute tension et le réseau haute tension sont connectés, l’écart de tension entre la batterie haute tension et le réseau haute tension étant mesuré avant que les consommateurs consomment l’énergie de la batterie haute tension.

[0023] Selon un autre mode de mise en œuvre, un ou plusieurs consommateurs peuvent être connectés au réseau haute tension et consomment de l’énergie de la batterie haute tension lorsque la batterie haute tension et le réseau haute tension sont connectés, l’écart de tension entre la batterie haute tension et le réseau haute tension étant mesuré après que les consommateurs aient terminé de consommer de l’énergie de la batterie haute tension, avant de déconnecter la batterie haute tension du réseau haute tension.

[0024] De préférence, les tensions de la batterie haute tension et du réseau haute tension sont mesurées à partir de capteurs de tension, le procédé comprenant en outre une étape de cartographie en température des capteurs de tension, et la consigne de précharge corrigée étant établie en fonction des températures relevées par cartographie.

[0025] Selon un autre mode de mise en œuvre, les tensions de la batterie haute tension et du réseau haute tension sont mesurées à partir de capteurs de tension. Le procédé comprend en outre une étape de cartographie en tension mesurée d’un desdits capteurs de tension, à courant de la batterie haute tension nul, et la consigne de précharge corrigée est établie en fonction des tensions mesurées relevées par cartographie

[0026] Avantageusement, l’étape d’établissement de la consigne de précharge corrigée peut être réalisée à chaque cycle de connexion entre la batterie haute tension au réseau haute tension.

[0027] L’invention se rapporte également à un groupe motopropulseur pour véhicule électrique ou hybride, comprenant une batterie haute tension, un réseau haute tension, au moins un relais pour la connexion de la batterie haute tension au réseau haute tension, et un dispositif de commande configuré pour :

[0028] commander la précharge du réseau haute tension en fonction d’une consigne de précharge préétablie ;

[0029] commander la connexion entre la batterie haute tension et le réseau haute tension par fermeture du relais ;

[0030] commander la mesure de l’écart entre la tension de la batterie haute tension et la tension du réseau haute tension lorsque la batterie haute tension et le réseau haute tension sont connectés et que le courant de la batterie haute tension est nul ; et

[0031] établir une consigne de précharge corrigée en fonction de l’écart mesuré entre les tensions de la batterie haute tension et du réseau haute tension pour une prochaine connexion.

[0032] Selon un mode de réalisation, un ou plusieurs consommateurs d’énergie de la batterie haute tension peuvent être connectés au réseau haute tension, le dispositif de commande étant configuré pour mesurer l’écart de tension entre la batterie haute tension et le réseau haute tension, lorsque la batterie haute tension et le réseau haute tension sont connectés, avant que les consommateurs consomment de l’énergie de la batterie haute tension.

[0033] Selon un autre mode de réalisation, un ou plusieurs consommateurs d’énergie de la batterie haute tension peuvent être connectés au réseau haute tension, le dispositif de commande étant configuré pour mesurer l’écart de tension entre la batterie haute tension et le réseau haute tension, lorsque la batterie haute tension et le réseau haute tension sont connectés, après que les consommateurs aient terminé de consommer de l’énergie de la batterie haute tension, avant de déconnecter la batterie haute tension du réseau haute tension.

[0034] Avantageusement, le groupe motopropulseur peut comprendre un capteur de tension de la batterie haute tension, un capteur de tension du réseau haute tension, et un système de cartographie en température desdits capteurs de tension, le dispositif de commande étant configuré pour effectuer une cartographie en température desdits capteurs de tension et établir la consigne de précharge corrigée en fonction des températures relevées par cartographie.

[0035] Selon un autre mode de réalisation, le groupe motopropulseur comprend un capteur de tension de la batterie haute tension, un capteur de tension du réseau haute tension, et un système de cartographie en tension mesurée d’un desdits capteurs de tension, le dispositif de commande étant configuré pour effectuer une cartographie en tension mesurée dudit capteur de tension et établir la consigne de précharge corrigée en fonction des tensions mesurées relevées par cartographie.

[0036] L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant un groupe mo- topropulseur comme décrit précédemment.

[0037] D’autres buts, avantages et caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :

[0038] [Fig-1] est une représentation schématique du circuit électrique d’un groupe moto- propulseur de véhicule électrique ou hybride selon un mode de réalisation de l’invention.

[0039] Dans ce qui va suivre, l’expression « au moins un » utilisée dans la présente description est équivalente à l’expression « un ou plusieurs ».

[0040] La [Fig.l] illustre schématiquement un circuit électrique 1 d’un groupe moto- propulseur de véhicule électrique ou hybride.

[0041] Dans l’exemple illustré, le véhicule est un véhicule automobile.

[0042] Selon un autre mode de réalisation, on pourra prévoir que le véhicule ne soit pas un véhicule automobile, par exemple un train ou un bateau.

[0043] Le groupe motopropulseur illustré est équipé d’une batterie haute tension 2 et d’un réseau haute tension 3. Des consommateurs haute tension 4 sont connectés au réseau haute tension 3 de sorte qu’ils sont aptes à consommer l’énergie de la batterie haute tension 2 lorsque la batterie haute tension 2 et le réseau haute tension 3 sont connectés.

[0044] Les consommateurs 4 sont, par exemple, des moteurs électriques ou hybrides assurant la motricité du véhicule automobile ou la climatisation de l’habitacle.

[0045] Au moins un relais 5 électromécanique permet, par son ouverture ou sa fermeture de, respectivement, déconnecter ou connecter le réseau haute tension 3 et la batterie haute tension 2.

[0046] De préférence, le groupe motopropulseur comprend également une batterie basse tension 6 et un convertisseur électronique de puissance élévateur de tension Courant Continu - Courant Continu 7, ci-après nommé convertisseur élévateur CC/CC 7.

[0047] Dans l’exemple illustré, tous les éléments du réseau haute tension, incluant les consommateurs 4 et le convertisseur élévateur CC/CC 7, sont connectés en parallèle.

[0048] Le groupe motopropulseur comprend, en outre, un dispositif de commande 8 configuré pour :

[0049] commander la précharge du réseau haute tension 3 en fonction d’une consigne de précharge préétablie ;

[0050] commander la connexion entre la batterie haute tension 2 et le réseau haute tension 3 par fermeture du relais 5 ; [0051] commander la mesure de l’écart entre la tension de la batterie haute tension 2 et la tension du réseau haute tension 3 lorsque la batterie haute tension 2 et le réseau haute tension 3 sont connectés et que le courant de la batterie haute tension 2 est nul ; et

[0052] établir une consigne de précharge corrigée en fonction de l’écart mesuré entre les tensions de la batterie haute tension 2 et du réseau haute tension 3 pour une prochaine connexion entre la batterie haute tension 2 et le réseau haute tension 3.

[0053] Dans l’exemple illustré, le dispositif de commande 8 comporte une première unité de contrôle électronique maître 9, une deuxième unité de contrôle électronique 10 associée à la batterie haute tension 2 et une troisième unité de contrôle électronique 11 associée au convertisseur élévateur CC/CC 7.

[0054] La deuxième unité de contrôle électronique 10 est configurée pour gérer la batterie haute tension 2 et mesurer sa tension. La tension de la batterie haute tension 2 est mesurée à partir d’au moins un capteur de tension (non représenté) de la batterie haute tension.

[0055] La troisième unité de contrôle électronique 11 est configurée pour gérer la conversion de puissance par le convertisseur élévateur CC/CC 7 et mesurer la tension du réseau haute tension 3. La tension du réseau haute tension 3 est mesurée à partir d’un capteur de tension (non représenté) du réseau haute tension.

[0056] Enfin, la première unité de contrôle électronique maître 9 est configurée pour centraliser les informations de mesures de tension de la batterie haute tension 2 et du réseau haute tension 3 reçues depuis les première et deuxième unités de contrôle électronique 10 et 11, piloter le séquencement de la précharge du réseau haute tension 3, l’apprentissage et la correction des mesures de tension, et la commande de l’ouverture et fermeture du relais 5.

[0057] Les première, deuxième et troisième unités de contrôle électronique 9, 10 et 11 communiquent entre elles via, par exemple, un bus de multiplexage (« Controller Area Network » : CAN en langue anglaise) ou multiplexage Ethernet.

[0058] Selon une alternative, on pourra prévoir que la première unité de contrôle électronique maître 9, la deuxième unité de contrôle électronique 10 et la troisième unité de contrôle électronique 11 forment un nombre différent de trois unités de contrôle électronique, voire une seule et même unité de contrôle électronique.

[0059] Lorsque le réseau haute tension 3 est déconnecté de la batterie haute tension 2 et que les consommateurs 4 du réseau haute tension 3 ont besoin d’énergie, une demande de connexion du réseau haute tension 3 est reçue par la première unité de contrôle électronique maître 9 et un cycle de connexion débute.

[0060] Une précharge du réseau haute tension 3 est effectuée en fonction d’une consigne de précharge préétablie afin d’élever la tension du réseau haute tension 3 au même niveau de tension que la batterie haute tension 2. La précharge permet de réduire le courant d’appel au niveau du relais 5 lors de la connexion entre le réseau haute tension 3 et la batterie haute tension 2.

[0061] Dans l’exemple illustré, la précharge est réalisée à l’aide du convertisseur élévateur CC/CC 7 et de la batterie basse tension 6. Le convertisseur élévateur CC/CC 7 utilise l’énergie de la batterie basse tension 6 pour faire monter en tension le réseau haute tension 3 jusqu’à la consigne de précharge préétablie. La consigne de précharge établie peut être calculée à partir d’un cycle de connexion précédent.

[0062] Il est alors possible de réaliser la précharge sans qu’il soit nécessaire d’ajouter un circuit spécifique comportant une résistance et un relais supplémentaire de précharge.

[0063] La connexion entre la batterie haute tension 2 et le réseau haute tension 3 peut ensuite être effectuée par fermeture du relais 5 dont la commande est réalisée par le dispositif de commande 8, et plus particulièrement dans l’exemple illustré, par la première unité de contrôle électronique maître 9.

[0064] Tant que des consommateurs 4 connectés au réseau haute tension 3 demandent de l’énergie, le relais 5 reste fermé.

[0065] Lorsque plus aucun des consommateurs 4 ne demande à consommer de l’énergie, ou pour des raisons de sécurité du réseau haute tension 3, le dispositif de commande 8, et plus particulièrement dans l’exemple illustré, la première unité de contrôle électronique maître 9 ordonne l’ouverture du relais 5 pour la déconnexion du réseau haute tension 3 de la batterie haute tension 2.

[0066] Lorsque tout consommateur ou producteur d’énergie connecté au réseau haute tension 3 est arrêté, le courant de la batterie haute tension 2 devient nul. Tous les éléments connectés au réseau haute tension 3 étant connectés en parallèle, la tension de la batterie haute tension 2 et la tension du réseau haute tension 3 sont physiquement les mêmes.

[0067] Lorsque la batterie haute tension 2 et le réseau haute tension 3 sont connectés et que le courant de la batterie haute tension 2 est nul, l’écart entre la tension de la batterie haute tension 2 et la tension du réseau haute tension 3 est mesuré.

[0068] La deuxième unité de contrôle électronique 10 envoie la mesure de tension de la batterie haute tension relevée par le capteur de tension de la batterie haute tension à la première unité de contrôle électronique maître 9. La troisième unité de contrôle électronique 11 envoie la mesure de tension du réseau haute tension 3 relevée par le capteur de tension du réseau haute tension à la première unité de contrôle électronique maître 9.

[0069] La mesure de l’écart de tension est réalisée par le dispositif de commande 8, et en particulier dans l’exemple illustré, par la première unité de contrôle électronique maître 9. Si, à ce moment, il existe un écart entre la mesure de tension par le capteur de tension de la batterie haute tension 2 et la mesure de tension par le capteur de tension du réseau haute tension 3, cet écart est enregistré par le dispositif de commande 8, en particulier dans cet exemple, la première unité de contrôle électronique maître 9, afin de corriger la consigne de tension de précharge envoyée vers le dispositif de commande 8, dans cet exemple la troisième unité de contrôle électronique 11 du convertisseur élévateur CC/CC 7, pour une prochaine connexion entre le réseau haute tension 3 et la batterie haute tension 2.

[0070] Une consigne de précharge corrigée est alors établie par le dispositif de commande 8, avantageusement par la première unité de contrôle électronique maître 9, en fonction de l’écart mesuré entre la batterie haute tension 2 et le réseau haute tension 3, pour une prochaine connexion.

[0071] L’apprentissage de l’écart de tension et la correction de la consigne de précharge permet de corriger les imprécisions de mesure des capteurs de tension de la batterie haute tension et du réseau haute tension dues à leur déviation de production, leur vieillissement, le niveau de tension de la batterie haute tension 2 ainsi que leur conception électrique et électronique.

[0072] Un fois que l’apprentissage est réalisé, le dispositif de commande 8, en particulier dans cet exemple la première unité de contrôle électronique maître 9, commande l’ouverture du relais 5 pour déconnecter le réseau haute tension 3 de la batterie haute tension 2.

[0073] Lors du cycle de connexion suivant, la consigne de précharge envoyée par la première unité de contrôle électronique maître 9 vers la troisième unité de contrôle électronique 11 associée au convertisseur élévateur CC/CC 7 correspond à la consigne de précharge corrigée en fonction de l’écart de tension mesuré lors du cycle de connexion précédent.

[0074] La correction des imprécisions des capteurs de tension permet de supprimer le courant d’appel au moment de la fermeture du relais 5, de sorte qu’aucun arc électrique ne se forme.

[0075] De préférence, la consigne de tension de précharge corrigée calculée par la première unité de contrôle électronique maître 9 est la somme de la mesure de tension relevée par le capteur de tension de la batterie haute tension 2 et de l’écart des mesures de tension des capteurs de tension de la batterie haute tension et du réseau haute tension à courant nul appris lors d’un cycle de connexion précédent entre la batterie haute tension 2 et le réseau haute tension 3.

[0076] De préférence, l’écart de tension entre la batterie haute tension 2 et le réseau haute tension 3 est mesuré, à courant de la batterie haute tension 2 nul, après que les consommateurs 4 aient terminés de consommer de l’énergie de la batterie haute tension, avant de déconnecter la batterie haute tension du réseau haute tension.

[0077] Ceci permet de ne pas retarder la mise à disposition de l’énergie de la batterie haute tension 2 pour les consommateurs 4 du réseau haute tension 3 dès qu’une demande de connexion entre la batterie haute tension 2 et le réseau haute tension 3 a été faite.

[0078] Dans un autre mode de réalisation, on pourra également prévoir que l’écart de tension entre la batterie haute tension 2 et le réseau haute tension 3 soit mesuré, à courant de la batterie haute tension 2 nul, avant que les consommateurs 4 consomment l’énergie de la batterie haute tension 2.

[0079] Le groupe motopropulseur peut, en outre, comprendre un système de cartographie en température destiné à réaliser une cartographie en température des capteurs de tension de la batterie haute tension 2 et du réseau haute tension 3.

[0080] A cet égard, le dispositif de commande 8 illustré est configuré pour effectuer une cartographie en température des capteurs de tension et établir la consigne de précharge corrigée en fonction des températures ainsi relevées.

[0081] Il est alors possible de corriger les imprécisions des capteurs de tension en fonction de la température à laquelle ils sont exposés.

[0082] Le groupe motopropulseur peut, en outre, comprendre un système de cartographie en tension destiné à réaliser une cartographie en tension mesurée d’un desdits capteurs de tension de la batterie haute tension 2 et du réseau haute tension 3, à courant de la batterie haute tension 2 nul.

[0083] Ce capteur de tension est considéré comme étant un capteur de tension de référence, ici par exemple le capteur de tension de la batterie haute tension.

[0084] Dans ce cas-là, le dispositif de commande 8 illustré est configuré pour effectuer une cartographie en tension mesurée du capteur de tension de la batterie haute tension et établir la consigne de précharge corrigée en fonction des tensions ainsi relevées.

[0085] Il est alors possible de corriger les imprécisions des capteurs de tension en fonction de la tension mesurée du capteur de tension de la batterie haute tension. Cette tension mesurée peut être variée par exemple due à la relaxation de cellules de la batterie haute tension 2.

[0086] Il convient de noter qu’il est possible d’utiliser de façon combinée les cartographies en température et en tension mesurée pour établir la consigne de précharge corrigée.

[0087] L’établissement d’une consigne de précharge corrigée peut être réalisé à chaque cycle de connexion de la batterie haute tension 2 au réseau haute tension 3.