Dispositivo de carga de una batería de un vehículo automóvil a partir de una red de alimentación monofásica, y procedimiento de control del dispositivo.

Dispositivo de carga de una batería (13), especialmente una batería de un vehículo automóvil de tracción eléctrica, a partir de una red de alimentación monofásica, que comprende una etapa de filtrado

(2) destinada a su conexionado con la red monofásica, una etapa reductora de tensión (3) conexionada a la etapa de filtrado (2), una etapa elevadora de tensión (4) destinada a su conexionado con la batería (13) y acoplada a la etapa reductora de tensión (3) por intermedio de un componente inductivo (Ld) tal como una bobina inductora, una unidad reguladora (15) apta para imponer, a la etapa reductora de tensión (3) y a la etapa elevadora de tensión (4), factores de trabajo (a, as) de troceo,

caracterizado por que la unidad reguladora (15) comprende medios de compensación del desfase entre la corriente de entrada (If) de la etapa reductora de tensión (3) y la tensión de entrada (Vc) de la etapa reductora de tensión (3), comprendiendo la unidad reguladora (15) un primer módulo controlador (16) apto para determinar en lazo abierto un factor de trabajo (a) de troceo de la etapa reductora de tensión (3) en función de la tensión (Ve) de la red de alimentación monofásica, de una potencia de consigna (Pbat ref) y de la intensidad (Id) de la corriente que circula por el componente inductivo (Ld), para compensar el desfase entre la corriente de entrada (If) de la etapa reductora de tensión (3) y la tensión de entrada (Vc) de la etapa reductora de tensión (3), y regular la potencia (Pbat) recibida por la batería a la potencia de consigna (Pbat ref),

comprendiendo la unidad reguladora (15) un segundo módulo controlador (17) apto para determinar un factor de trabajo (as) de troceo de la etapa elevadora de tensión (4) en función de la tensión (Vkn) en la salida de la etapa reductora de tensión (3), de la tensión (Vbat) de la batería (13) y de la diferencia entre la intensidad de inducción de consigna (Idref) y la intensidad (ld) de la corriente que circula por el componente inductivo (Ld), para regular en lazo cerrado la intensidad (Ibat) de la corriente que circula por la batería (13).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2012/050806.

Solicitante: RENAULT S.A.S..

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 13-15 QUAI LE GALLO 92100 BOULOGNE-BILLANCOURT FRANCIA.

Inventor/es: KETFI-CHERIF, AHMED, GATI,MEHDI, KVIESKA,PEDRO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > VEHICULOS EN GENERAL > PROPULSION DE VEHICULOS PROPULSADOS ELECTRICAMENTE... > Propulsión eléctrica por fuente de energía suministrada... > B60L11/18 (que utilizan la energía suministrada por pilas primarias, pilas secundarias o pilas de combustibles)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O DISTRIBUCION... > Circuitos para la carga o despolarización de baterías... > H02J7/02 (para cargar baterías por redes de corriente alterna mediante convertidores)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA... > Detalles de aparatos para transformación > H02M1/42 (Circuitos o disposiciones para corregir o ajustar el factor de potencia en convertidores o inversores  )

PDF original: ES-2545630_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Dispositivo de carga de una batería de un vehículo automóvil a partir de una red de alimentación monofásica, y procedimiento de control del dispositivo La invención se refiere a un dispositivo de carga de batería de alta tensión, especialmente de un vehículo automóvil de tracción eléctrica, a partir de una red de alimentación monofásica.

En sistemas de recarga de batería de alta tensión, la potencia eléctrica de la red se hace llegar a la batería sucesivamente a través de dos convertidores: un reductor de tensión ("buck") y un elevador de tensión ("boost") . Estos dos convertidores permiten, respectivamente, rebajar y elevar la relación de tensiones entre su borne de salida y su borne de entrada, abriendo y cerrando sucesivamente una serie de interruptores, a una frecuencia que está gobernada en función de la corriente de salida y/o de la tensión de salida deseada.

Tales sistemas de recarga están descritos, por ejemplo, en la solicitud de patente FR2943188, que trata de un sistema de recarga embarcado para vehículo automóvil, que permite una recarga, a partir de un circuito trifásico o monofásico, de una batería del vehículo, integrando el circuito de recarga las bobinas de una máquina eléctrica que por otro lado asume otras funciones, tal como la generación de corriente o la propulsión del vehículo.

Otro sistema de carga se encuentra descrito en el documento US20070153560. Este sistema de carga comprende en cascada una etapa de filtrado de entrada, una etapa rectificadora, una etapa boost y una etapa reductora de tensión.

El documento FR2937803 describe un sistema de carga para batería de vehículo eléctrico, que comprende una etapa rectificadora seguida de una etapa de filtrado y de un troceador de continua / elevador que reproduce elementos de la cadena de tracción, en particular el ondulador de tracción y los devanados estatóricos del motor eléctrico de tracción del vehículo. La etapa rectificadora va seguida ocasionalmente de una etapa reductora / elevadora en el caso de una red de alimentación de 220 V.

El troceo de la corriente absorbida de la red de alimentación induce componentes de alta frecuencia en la corriente tomada, es decir, armónicos de orden superior al fundamental de la red de distribución, que convencionalmente está a 50 Hz.

Por la imposición normativa del distribuidor de electricidad sobre los armónicos de la corriente tomada, tal sistema de recarga incluye asimismo un filtro de tipo RLC (Resistivo-Inductivo-Capacitivo) en la entrada del reductor de tensión. Este filtro induce un desfase entre la corriente y la tensión tomadas de la red. Este desfase conlleva una potencia reactiva que transita por la red, pero no tomada por el usuario, y que igualmente se pretende minimizar.

Por otro lado, las redes de alimentación domiciliarias son principalmente redes de alimentación monofásicas. Un vehículo que comprende un dispositivo de recarga de batería a partir de una alimentación monofásica puede ser recargado de este modo en una red de alimentación domiciliaria, por ejemplo en el garaje o el aparcamiento de un particular.

Una recarga a partir de una red de alimentación monofásica presenta algunas singularidades. Dependiendo de su topología, no es posible poner en fase la corriente de entrada con la tensión de la red. Por otro lado, cuando la tensión sinusoidal de entrada se acerca a cero, el sistema se hace momentáneamente ingobernable, cosa que no es muy molesta cuando la inductancia de almacenamiento de la máquina eléctrica entre el reductor de tensión y el elevador de tensión es elevada, pues la corriente por la inductancia no tiene entonces tiempo para caer, pero presenta el inconveniente de un considerable volumen de esta inductancia.

Además, para que el flujo de potencia pueda establecerse de manera continua, debe circular una corriente no nula por la inductancia de almacenamiento de la máquina eléctrica entre el reductor de tensión y el elevador de tensión.

Es objetivo de la invención proponer un dispositivo regulador del reductor de tensión y del elevador de tensión de un dispositivo de recarga de este tipo, que permita, pese a la presencia de un filtro RLC a la entrada del dispositivo, conservar un reducido desfase entre la corriente y la tensión tomadas de la red de alimentación monofásica.

Es otra finalidad de la invención proponer un dispositivo de recarga embarcado para un vehículo automóvil, que, adaptado para poder conectarse a una red de alimentación monofásica exterior, integra en su circuito el devanado de una máquina eléctrica del vehículo.

Según un aspecto, se propone, en una forma de realización, un dispositivo de carga de una batería, especialmente de una batería de un vehículo automóvil de tracción eléctrica, a partir de una red de alimentación monofásica, que comprende una etapa de filtrado destinada a su conexionado a la red monofásica, una etapa reductora de tensión conexionada a la etapa de filtrado, una etapa elevadora de tensión destinada a su conexionado a la batería y

acoplada a la etapa reductora de tensión por intermedio de un componente inductivo tal como una bobina inductora, una unidad reguladora apta para imponer, a la etapa reductora de tensión y a la etapa elevadora de tensión, factores de trabajo de troceo.

Según una característica general, la unidad reguladora comprende medios de compensación del desfase entre la corriente de entrada de la etapa reductora de tensión y la tensión de entrada de la etapa reductora de tensión.

Ventajosamente, la unidad reguladora comprende un primer módulo controlador apto para determinar en lazo abierto un factor de trabajo de troceo de la etapa reductora de tensión en función de la tensión de la red de alimentación monofásica, de una potencia de consigna y de la intensidad de la corriente que circula por la bobina de inducción, para compensar el desfase entre la corriente de entrada de la etapa reductora de tensión y la tensión de entrada de la etapa reductora de tensión, y regular la potencia recibida por la batería a la potencia de consigna.

El primer módulo controlador puede comprender ventajosamente una cartografía que entrega la amplitud de la corriente de entrada de la etapa reductora de tensión en función de la amplitud de la tensión de entrada y de la potencia de consigna.

La unidad reguladora comprende un segundo módulo controlador apto para determinar un factor de trabajo de troceo de la etapa elevadora de tensión en función de la tensión en la salida de la etapa reductora de tensión, de la tensión de la batería y de la diferencia entre la intensidad de inducción de consigna y la intensidad de la corriente que circula por la bobina inductora, para regular en lazo cerrado la intensidad de la corriente que circula por la batería.

La intensidad de inducción de consigna es preferentemente siempre superior a la intensidad que circula por la batería y a la intensidad que circula por la bobina inductora.

Ventajosamente, el segundo módulo controlador comprende un corrector de tipo proporcional integral al que se envía la diferencia entre la intensidad de la corriente que circula por la bobina de inductancia y la intensidad de inductancia de consigna, y un medio anti-embalamiento configurado para desactivar la parte integrante del corrector si el factor de trabajo de troceo determinado por el segundo módulo es igual, con un margen de diferencia de una distancia umbral, a los valores "0" ó "1".

De acuerdo con otro aspecto, se propone un vehículo automóvil de tracción al menos parcialmente eléctrica, que comprende una máquina eléctrica acoplada a unas ruedas motrices y una etapa onduladora apta para alimentar la máquina eléctrica.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de carga de una batería (13) , especialmente una batería de un vehículo automóvil de tracción eléctrica, a partir de una red de alimentación monofásica, que comprende una etapa de filtrado (2) destinada a su conexionado con la red monofásica, una etapa reductora de tensión (3) conexionada a la etapa de filtrado (2) , una etapa elevadora de tensión (4) destinada a su conexionado con la batería (13) y acoplada a la etapa reductora de tensión (3) por intermedio de un componente inductivo (Ld) tal como una bobina inductora, una unidad reguladora (15) apta para imponer, a la etapa reductora de tensión (3) y a la etapa elevadora de tensión (4) , factores de trabajo (a, as) de troceo, caracterizado por que la unidad reguladora (15) comprende medios de compensación del desfase entre la corriente de entrada (If) de la etapa reductora de tensión (3) y la tensión de entrada (Vc) de la etapa reductora de tensión (3) , comprendiendo la unidad reguladora (15) un primer módulo controlador (16) apto para determinar en lazo abierto un factor de trabajo (a) de troceo de la etapa reductora de tensión (3) en función de la tensión (Ve) de la red de alimentación monofásica, de una potencia de consigna (Pbatref) y de la intensidad (Id) de la corriente que circula por el componente inductivo (Ld) , para compensar el desfase entre la corriente de entrada (If) de la etapa reductora de tensión (3) y la tensión de entrada (Vc) de la etapa reductora de tensión (3) , y regular la potencia (Pbat) recibida por

ref) , la batería a la potencia de consigna (Pbat comprendiendo la unidad reguladora (15) un segundo módulo controlador (17) apto para determinar un factor de trabajo (as) de troceo de la etapa elevadora de tensión (4) en función de la tensión (Vkn) en la salida de la etapa reductora de tensión (3) , de la tensión (Vbat) de la batería (13) y de la diferencia entre la intensidad de inducción de consigna (Idref) y la intensidad (ld) de la corriente que circula por el componente inductivo (Ld) , para regular en lazo cerrado la intensidad (Ibat) de la corriente que circula por la batería (13) .

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el primer módulo controlador (16) comprende una cartografía que entrega la amplitud (Ifm) de la corriente de entrada (If) de la etapa reductora de tensión (3) en función de la amplitud ref) .

(Vm) de la tensión de entrada (Ve) y de la potencia de consigna (Pbat

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, en el que la intensidad de inducción de consigna (Idref) siempre es superior a la intensidad (Ibat) que circula por la batería (13) y a la intensidad (Id) que circula por el componente inductivo (Ld) .

4. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el segundo módulo controlador (17) comprende un corrector de tipo proporcional integral (30) al que se envía la diferencia entre la intensidad (Id) de la corriente que circula por el componente inductivo (Ld) y la intensidad de inductancia de consigna (Idref) , y un medio anti-embalamiento configurado para desactivar la parte integrante del corrector (30) si el factor de trabajo (as) de troceo determinado por el segundo módulo (17) es igual, con un margen de diferencia de una distancia umbral, a los valores 0 ó 1.

5. Vehículo automóvil de tracción al menos parcialmente eléctrica, que comprende una máquina eléctrica (5) acoplada a unas ruedas motrices y una etapa onduladora apta para alimentar la máquina eléctrica (5) , caracterizado por que comprende un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, quedando comprendidos en la etapa onduladora las conexiones eléctricas y un interruptor de la etapa elevadora de tensión (4) de dicho dispositivo, y correspondiéndose el componente inductivo (Ld) de dicho dispositivo con los devanados de dicha máquina eléctrica (5) .

6. Procedimiento de control de carga de una batería (13) , especialmente de una batería de un vehículo automóvil, a partir de una red monofásica, en el que se filtra la tensión de entrada (Ve) , se hace llegar la potencia eléctrica de la red a la batería por intermedio de una etapa reductora de tensión (3) y una etapa elevadora de tensión (4) acoplada por intermedio de un componente inductivo (Ld) tal como una bobina inductora, caracterizado por que se compensa el desfase entre la corriente de entrada (If) de la etapa reductora de tensión (3) y la tensión de entrada (Vc) de la etapa reductora de tensión (3) , se controla la corriente de entrada (If) de la etapa reductora de tensión (3) gobernando en lazo abierto un factor de trabajo (a) de troceo de la etapa reductora de tensión (3) en función de la tensión (Ve) de la red de alimentación monofásica, de una potencia de consigna (Pbatref) y de la intensidad (Id) de la corriente que circula por el componente inductivo (Ld) para compensar el desfase entre la corriente de entrada (If) de la etapa reductora de tensión (3) y la tensión de entrada (Vc) de la etapa reductora de tensión (3) , y regular la potencia (Pbat) recibida por la batería a la

ref) , potencia de consigna (Pbat y se controla la intensidad (Ibat) de la corriente que circula por la batería (13) a una intensidad de batería de referencia (Ibatref) gobernando en lazo cerrado un factor de trabajo (as) de troceo de la etapa elevadora de tensión (4) en función de la tensión (Vkn) en la salida de la etapa reductora de tensión (3) , de la tensión (Vbat) de la batería (13) y de la diferencia entre la intensidad de inducción de consigna (Idref) y la intensidad (Id) de la corriente que circula por el componente inductivo (Ld) .

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que se desactiva la parte integrante de un corrector de tipo proporcional integral si el factor de trabajo (as) de troceo es igual, con un margen de diferencia de una distancia 9

umbral, a los valores 0 ó 1.