Chargeur de batteries intégré pour véhicule électrique

Integrated batteries charger for electric vehicle

• Auteur / Autrice : Bertrand Chauchat
• Direction : Marc Brunello
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Grenoble INPG
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique (Grenoble1980-2006)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Paul Yonnet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Paul Ferrieux, Didier Richer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Robert Bausière, Thierry Meynard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chargeurs de batteries

Véhicules électriques

Mots clés libres

Sciences appliquees

Electrotechnique, electroenergetique

Chargeur

Recharge accumulateur

Batterie

Alimentation electrique

Vehicule electrique

Electronique puissance

Modele dynamique

Hacheur

Convertisseur

Redresseur

Modulation duree impulsion

Loader

Accumulator recharge

Battery

Power supply

Electric vehicle

Power electronics

Dynamic model

Chopper

Converter

Rectifier

Pulse duration modulation

Résumé

La charge des batteries est un point important pour le développement du véhicule électrique. Actuellement, plusieurs systèmes sont mis en place (chargeurs embarqués, bornes de recharge, coupleurs inductifs) et permettent de répondre à l'attente des usagers. Des dispositifs de faible puissance (3 kW) assurent une recharge (dite "lente") complète des batteries durant les heures creuses (5 à 8 heures). Des systèmes plus puissants (supérieur à 10 kW) permettent une charge dite "rapide" (20 à 30 min) et partielle (70 à 80 %). Les chargeurs "lents" imposent une masse supplémentaire et un surcoût au véhicule. Les dispositifs "rapides" quant à eux sont complexes et très onéreux, ce qui limitera leur nombre et donc leur intérêt qui est d' assurer le rôle de stations-service. L'idée de réutiliser les éléments déjà existants dans le véhicule (convertisseur et moteur) pour concevoir une structure de charge est alors apparue comme une voie prometteuse. Le chargeur "intégré" est né, sa conception est conditionnée par la chaîne de traction implantée dans le véhicule. Notre étude porte sur la mise en oeuvre de dispositifs de charge conçus pour être implantées sur des véhicules à traction alternative (onduleur + moteur alternatif). L'utilisation du réseau monophasé a permis de mettre en oeuvre une structure assurant la charge de type "lente". Elle permet grâce à un montage à deux étages de répondre à la norme réseau basse fréquence (EN NF 61 000-3-2) et d'ofrir une large gamme de tension. L'utilisation des enroulements moteur comme inductances à été analysée. Le convertisseur connecté sur le réseau triphasé assure la charge "rapide" grâce à un montage monoétage. La mise en oeuvre du modèle moyen généralisé a permis de modéliser et commander l'ensemble des structures étudiées. En particulier une commande à été élaborée pour le chargeur triphasé afn d'adapter la tension de sortie du redresseur à celle des batteries en agissant sur le courant réactif absorbé

The battery charge is a key point for the electric vehicle development. Nowadays gears such as onboard charger, fast charging station, inductive coupling charger are proposed and can meet user expectations. Low power devices (3 kW) can carry out a complete charge (called "slow") of the batteries during slack periods (5 to 8 hours). More powerful devices (higher than 10 kW power fow) operate a fast (20 to 30 minutes) and partial (70 to 80 %) charge. The "slow" chargers involve additio-nal weight and cost to the vehicle. The fast chargers are more complex and more expensive and their number will be limited as well as their interest (to perform gas-station). The proposed solution which uses the existing components (converters, AC motor) of the electric vehicle to realize a charger appears as an interesting feld. The integrated charger is born, its design depends on traction structure. The charge structure is based on the electric vehicle using an AC drive-train. On the single phase network the "slow" type charger bas been realized. A two-stage structure allows to comply with low frequency standards and ofers a large output voltage range. The use of motor windings as inductors is analyzed. The equipment connected to three-phase power supply leads to the fast charging thanks to a single-stage structure. The use of the generalized average model allows modelling and controlling all the studied structures to be done. An efective control on the reactive input current bas been developed for the three-phase charger in order to adjust output voltage versus battery voltage