FR3163225A1 - Battery disconnect device with transistors and liquid cooling - Google Patents
Battery disconnect device with transistors and liquid coolingInfo
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Abstract
Dispositif de déconnexion d’une batterie électrique avec transistors et refroidissement liquide Dispositif de déconnexion d’une batterie électrique, comprenant une borne d’entrée (E) destinée à être connectée à une borne (201) de la batterie, un chemin de courant (I) s’étendant depuis la borne d’entrée, et une borne de sortie (S) du dispositif destinée à être connectée à une charge (300), le chemin de courant comprenant un premier circuit (110) comportant au moins deux transistors (111, 112) chacun muni d’une diode interne et agencés en série et selon deux sens de conduction opposés, le dispositif comprenant en outre un canal (400) dans lequel peut circuler un liquide de refroidissement, le canal étant configuré pour que la puissance dissipée par lesdits au moins deux transistors soit évacuée par le liquide de refroidissement. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Electric Battery Disconnect Device with Transistors and Liquid Cooling Electric battery disconnect device comprising an input terminal (E) for connection to a terminal (201) of the battery, a current path (I) extending from the input terminal, and an output terminal (S) of the device for connection to a load (300), the current path comprising a first circuit (110) having at least two transistors (111, 112), each equipped with an internal diode and arranged in series with opposite conduction directions, the device further comprising a channel (400) through which a coolant can circulate, the channel being configured so that the power dissipated by said at least two transistors is removed by the coolant. Figure for the abstract: Fig. 1.
Description
L’invention concerne les dispositifs de déconnexion d’une batterie électrique, par exemple les batteries de véhicules électriques ou hybrides utilisées pour alimenter en énergie électrique un groupe motopropulsif.The invention relates to devices for disconnecting an electric battery, for example batteries of electric or hybrid vehicles used to supply electrical energy to a powertrain.
Les dispositifs de déconnexion de batterie électrique, désignés sous l’acronyme anglo-saxons « BDU » (soit « Battery Disconnect Unit ») sont des systèmes qui permettent de connecter et déconnecter la batterie du réseau électrique, notamment haute tension. Ces dispositifs protègent les systèmes électrique des conditions de surcharge, de court-circuit, de surtension, de sur-courant, ces défaillances pouvant trouver leur origine dans la batterie, un onduleur, un moteur électrique ou encore dans des systèmes auxiliaires.Battery disconnect units, also known as BDUs (Battery Disconnect Units), are systems that allow the battery to be connected and disconnected from the electrical grid, particularly high-voltage grids. These devices protect electrical systems from overload, short circuit, overvoltage, and overcurrent conditions, which can originate in the battery, an inverter, an electric motor, or auxiliary systems.
Un bon niveau de protection est nécessaire pour éviter les risques d’incendie ou d’électrocution pour les utilisateurs.A good level of protection is necessary to avoid the risk of fire or electrocution for users.
Dans un véhicule électrique ou hybride fonctionnant sur une batterie haute-tension, le dispositif de déconnexion de la batterie est un sous-système spécifique qui peut être intégré distinctement ou encore distribué en plusieurs sous-systèmes dans le véhicule de sorte que la protection est obtenue au plus près de certains systèmes critique du véhicule (onduleur, batterie, chargeur, etc.).In an electric or hybrid vehicle operating on a high-voltage battery, the battery disconnect device is a specific subsystem which can be integrated separately or distributed into several subsystems in the vehicle so that protection is obtained as close as possible to certain critical systems of the vehicle (inverter, battery, charger, etc.).
Des solutions connues selon la technique antérieure peuvent comprendre un dispositif de déconnexion intégré dans un bloc de batterie qui protège principalement l’onduleur et un chargeur DC. Des deuxièmes dispositifs peuvent être prévus dans des unités de distribution d’énergie distinctes (« PDU : Power Distribution Unit »).Known solutions based on prior art may include a disconnect device integrated into a battery pack that primarily protects the inverter and a DC charger. Secondary devices may be provided in separate power distribution units (PDUs).
D’autres solutions selon la technique antérieure peuvent comporter une protection localisée dans le bloc batterie directement, et d’autres protections distribuées, par exemple dans une ou plusieurs unités de distribution de la puissance.Other solutions based on the previous technique may include protection located directly in the battery pack, and other protections distributed, for example in one or more power distribution units.
De manière connue en soi, les fonctions de déconnexion et de connexion de batterie sont mises en œuvre par des contacteurs électromécaniques, des fusibles, ou des pyro-fusibles.As is known, the functions of disconnecting and connecting the battery are implemented by electromechanical contactors, fuses, or pyro-fuses.
Ces composants sont certes bien adaptés pour des applications impliquant de fortes puissances entre la batterie et des sous-systèmes de puissance (onduleur, chargeur). Ces composants donnent, au regard de leur dimensions possibles, et des optimisations possibles, satisfaction en terme de fonction de sécurité, de protection contre les surcharges et de protection contre les court-circuits.These components are indeed well-suited for applications involving high power flows between the battery and power subsystems (inverter, charger). Considering their possible dimensions and optimizations, these components provide satisfactory safety functions, overload protection, and short-circuit protection.
Cela étant dit, ces composants présentent des inconvénients. Leur durabilité dans le temps (sur une échelle d’environ 15 ans) est discutable. Ces dispositifs peuvent être impactés par des faux positifs, ils peuvent se déclencher de manière intempestive sans que cela ne soit nécessaire.That being said, these components have drawbacks. Their long-term durability (on a scale of approximately 15 years) is questionable. These devices can be affected by false positives; they can trigger unexpectedly without need.
Ces dispositifs sont également impactés par des faux-négatifs, ils peuvent ne pas se déclencher quand cela est nécessaire, par exemple.These devices are also impacted by false negatives; they may not trigger when necessary, for example.
Un autre inconvénient de ces composants et leur résistance à l’état passant qui génère une dissipation thermique préjudiciable à la robustesse et à la fiabilité des dispositifs de connexion de batterie. En outre, les dispositifs de déconnexion de batterie peuvent être sensibles à une température trop élevée (momentanée ou pendant une durée) et peuvent donc être impactés par les composants qu’ils comportent.Another drawback of these components is their resistance to on-state current, which generates heat dissipation detrimental to the robustness and reliability of battery connection devices. Furthermore, battery disconnect devices can be sensitive to excessively high temperatures (momentary or prolonged) and can therefore be affected by their internal components.
Les dispositifs de déconnexion de batterie, utilisent à cet effet deux types de refroidissement, par convection libre (les composants de déconnexion et busbar dissipent dans l’air qui est refroidi), ou par refroidissement indirect où les composants et busbars sont interfacés avec une plaque froide par l’intermédiaire d’un matériau d’interface thermique, par exemple isolant électriquement (habituellement désignés par l’acronyme anglo-saxon « TIM : Thermal Interface Material »).Battery disconnect devices use two types of cooling for this purpose: free convection (the disconnect components and busbar dissipate heat into the air, which is then cooled), or indirect cooling where the components and busbars are interfaced with a cold plate via a thermal interface material, for example electrically insulating (usually referred to by the English acronym "TIM: Thermal Interface Material").
Il existe donc un besoin pour des dispositifs de déconnexion de batterie, qui ne présentent pas les inconvénients mentionnés si avant.Therefore, there is a need for battery disconnection devices that do not have the disadvantages mentioned above.
À cet effet, l’invention propose un dispositif de déconnexion (et de connexion après déconnexion) d’une batterie électrique, comprenant une borne destinée à être connectée à une borne de la batterie, un chemin de courant s’étendant depuis la borne d’entrée, et une borne de sortie du dispositif destinée à être connectée à une charge,
le chemin de courant comprenant un premier circuit comportant au moins deux transistors chacun muni d’une diode interne et agencés en série (l’entrée et la sortie du premier circuit sont de part et d’autre des au moins deux transistors) et selon deux sens de conduction opposés,
le dispositif comprenant en outre un canal dans lequel peut circuler un liquide de refroidissement, le canal étant configuré pour que la puissance dissipée par lesdits au moins deux transistors soit évacuée par le liquide de refroidissement.To this end, the invention proposes a device for disconnecting (and reconnecting after disconnection) an electric battery, comprising a terminal intended to be connected to a terminal of the battery, a current path extending from the input terminal, and an output terminal of the device intended to be connected to a load,
the current path comprising a first circuit having at least two transistors each equipped with an internal diode and arranged in series (the input and output of the first circuit are on either side of the at least two transistors) and in two opposite directions of conduction,
the device further comprising a channel in which a coolant can circulate, the channel being configured so that the power dissipated by said at least two transistors is evacuated by the coolant.
Ainsi, l’invention propose de ne pas utiliser de contacteurs, de fusibles ou de pyro-fusible, mais d’utiliser au moins deux transistors dans le dispositif, au moins dans l’une des branches allant de l’une des bornes de la batterie à la charge.Thus, the invention proposes not to use contactors, fuses or pyro-fuses, but to use at least two transistors in the device, at least in one of the branches going from one of the battery terminals to the load.
Les transistors sont particulièrement avantageux en ce qu’ils peuvent passer de manière réversible de l’état passant à l’état bloqué, et inversement (on a donc déconnexion et reconnexion possible).Transistors are particularly advantageous in that they can reversibly switch from the conducting state to the blocking state, and vice versa (therefore, disconnection and reconnection are possible).
Il a été observé par les inventeurs que les transistors de puissance peuvent être utilisés en lieu et place des contacteurs électromécaniques, par exemple, car ils assurent la même fonction, mais avec des propriétés améliorées. En particulier, les transistors à base de semi-conducteur ont un temps de réaction de l’ordre de la centaine de microsecondes contre un temps de réaction de l’ordre de 30 millisecondes pour un contacteur. Aussi, on a avec les transistors des avantages par rapport aux contacteurs en termes de perte de puissance, de longévité, de masse (60 g pour un transistor contre environ 200g pour un relais électromécanique), de capacité, de résistance aux vibrations, de niveau de bruit, de fonctionnalité, et d’efficacité.Inventors have observed that power transistors can be used in place of electromechanical contactors, for example, because they perform the same function but with improved properties. In particular, semiconductor-based transistors have a response time on the order of hundreds of microseconds, compared to a response time of around 30 milliseconds for a contactor. Furthermore, transistors offer advantages over contactors in terms of power loss, lifespan, weight (60 g for a transistor versus approximately 200 g for an electromechanical relay), capacitance, vibration resistance, noise level, functionality, and efficiency.
Les transistors de puissance commutent très rapidement sous une charge importante et peuvent donc assurer une très bonne durabilité sous des profils de courant et de coupure très variables et ce avec des performances reproductibles.Power transistors switch very quickly under a large load and can therefore ensure very good durability under highly variable current and cutoff profiles with reproducible performance.
Cela dit, il a été observé par les inventeurs de la présente intervention que l’utilisation de transistor implique une dissipation plus importante. Les pertes, pouvant être de trois à cinq fois plus élevées et un système de refroidissement particulier est donc préférable.That said, the inventors of this intervention have observed that the use of transistors results in greater heat dissipation. Losses can be three to five times higher, and therefore a specific cooling system is preferable.
Ici, il est proposé d’utiliser un refroidissement utilisant un liquide de refroidissement, et non de l’air. Le liquide de refroidissement peut être, par exemple de type glycol.Here, the suggestion is to use a cooling system that employs a coolant, rather than air. The coolant could be, for example, glycol-type.
Aussi, les deux transistors sont de même type ici (par exemple, s’il s’agit de MOSFET, ils sont tous les deux du même type de conduction N ou P).Also, the two transistors are of the same type here (for example, if they are MOSFETs, they are both of the same conduction type N or P).
L’agencement d’un transistor dans un sens de conduction particulier est lié à la structure du transistor et au sens de leur diode interne. Ici, les diodes internes des deux transistors sont dans des sens opposés, par exemple avec l’anode de la diode interne d’un transistor connectée à l’anode de la diode interne de l’autre transistor, ou la cathode de la diode interne d’un transistor connectée à la cathode de la diode interne de l’autre transistor.The arrangement of a transistor in a particular conduction direction is related to the structure of the transistor and the orientation of its internal diode. Here, the internal diodes of the two transistors are in opposite orientations, for example with the anode of the internal diode of one transistor connected to the anode of the internal diode of the other transistor, or the cathode of the internal diode of one transistor connected to the cathode of the internal diode of the other transistor.
Aussi, le sens de conduction d’un transistor peut être :
- drain vers source pour les transistors à effet de champ de type N (l’anode de la diode interne étant connectée à la source),
- source vers drain pour les transistors à effet de champ de type P (l’anode de la diode interne étant connectée au drain).Therefore, the direction of conduction of a transistor can be:
- drain to source for N-type field-effect transistors (the anode of the internal diode being connected to the source),
- source to drain for P-type field-effect transistors (the anode of the internal diode being connected to the drain).
Ainsi, lesdits au moins deux transistors peuvent être connectés en série avec la source de l’un connectée à la source de l’autre, ou le drain de l’un connecté au drain de l’autre pour des transistors à effet de champ, quel que soit le type des deux transistors (P ou N).Thus, the aforementioned at least two transistors can be connected in series with the source of one connected to the source of the other, or the drain of one connected to the drain of the other for field-effect transistors, regardless of the type of the two transistors (P or N).
Le premier circuit est ainsi bidirectionnel.The first circuit is therefore bidirectional.
Par exemple, la charge mentionnée ci avant qui reçoit de l’énergie électrique de la batterie (« load » en anglais) peut être un groupe motopropulsif de véhicule automobile. L’alimentation en énergie électrique du groupe motopropulsif peut être appelée « discharge » en anglais. For example, the load mentioned above that receives electrical energy from the battery can be a motor vehicle's powertrain. The electrical energy supplied to the powertrain can be called the discharge.
Selon un mode de réalisation particulier, la borne de la batterie est la borne positive, et dans lequel le dispositif comprend un deuxième circuit comprenant au moins un transistor agencé entre une borne d’entrée du deuxième circuit connectée à un port de recharge de la batterie, et une borne de sortie du deuxième circuit connectée entre le premier circuit et la borne de sortie du dispositif (soit connecté à la borne de sortie du premier circuit), ledit au moins un transistor étant muni d’une diode interne et agencé selon un sens de conduction allant de la borne d’entrée du deuxième circuit vers la borne de sortie du deuxième circuit (en d’autres termes, l’anode de la diode interne dudit au moins un transistor est connectée au port de recharge).According to a particular embodiment, the battery terminal is the positive terminal, and wherein the device comprises a second circuit including at least one transistor arranged between an input terminal of the second circuit connected to a battery charging port, and an output terminal of the second circuit connected between the first circuit and the output terminal of the device (i.e. connected to the output terminal of the first circuit), said at least one transistor being provided with an internal diode and arranged in a direction of conduction from the input terminal of the second circuit to the output terminal of the second circuit (in other words, the anode of the internal diode of said at least one transistor is connected to the charging port).
Le premier circuit est situé dans la branche allant d’une borne de la batterie à la charge, le deuxième circuit est quant à lui dédié à la protection lors de la recharge, et il est agencé entre un port de recharge de la batterie, et un point situé entre la borne de sortie du dispositif et le premier circuit. Le port de recharge de la batterie peut être destiné à être connecté à un chargeur comprenant un redresseur.The first circuit is located in the branch running from a battery terminal to the load. The second circuit is dedicated to protection during charging and is arranged between a battery charging port and a point located between the device's output terminal and the first circuit. The battery charging port may be intended to be connected to a charger that includes a rectifier.
Selon un mode de réalisation particulier, le deuxième circuit comporte, dans un même boîtier, au moins deux transistors agencés sur une ou plusieurs puces distinctes, connectés en parallèle et agencés entre la borne d’entrée du deuxième circuit et la borne de sortie du deuxième circuit, lesdits au moins deux transistors étant agencés selon ledit sens de conduction allant de la borne d’entrée du deuxième circuit vers la borne de sortie du deuxième circuit.According to a particular embodiment, the second circuit comprises, in the same package, at least two transistors arranged on one or more separate chips, connected in parallel and arranged between the input terminal of the second circuit and the output terminal of the second circuit, said at least two transistors being arranged according to said direction of conduction going from the input terminal of the second circuit to the output terminal of the second circuit.
Selon un mode de réalisation particulier, le canal est en outre configuré pour que la puissance dissipée par ledit au moins un transistor du deuxième circuit (ou tous les transistors du deuxième circuit) soit évacuée par le liquide de refroidissement (par exemple le même liquide que les transistors du premier circuit, pour le même canal).According to a particular embodiment, the channel is further configured so that the power dissipated by said at least one transistor of the second circuit (or all the transistors of the second circuit) is evacuated by the coolant (for example the same liquid as the transistors of the first circuit, for the same channel).
Il a été observé que la puissance provenant du chargeur peut nécessiter également, si un transistor est utilisé, un refroidissement par liquide. Le canal peut alors être configuré pour permettre ce refroidissement (par exemple en couvrant un boitier d’un transistor du deuxième circuit).It has been observed that the power from the charger may also require liquid cooling if a transistor is used. The channel can then be configured to allow this cooling (for example, by covering the casing of a transistor in the second circuit).
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend un processeur configuré pour contrôler indépendamment les électrodes de contrôle des transistors du premier circuit et du deuxième circuit (si un deuxième circuit est présent).According to a particular embodiment, the device includes a processor configured to independently control the control electrodes of the transistors of the first circuit and the second circuit (if a second circuit is present).
Dans ce mode de réalisation particulier, les électrodes de contrôle des transistors (grille ou base) ont chacune une connexion qui leur est propre jusqu’au processeur.In this particular embodiment, the control electrodes of the transistors (gate or base) each have their own connection to the processor.
Selon un mode de réalisation particulier, un ou plusieurs desdits transistors du premier circuit ou du deuxième circuit est monté dans un boitier à ailettes en forme de broche, lesdites ailettes en forme de broche s’étendant dans ledit canal.According to a particular embodiment, one or more of said transistors of the first circuit or of the second circuit is mounted in a pin-shaped finned package, said pin-shaped fins extending into said channel.
Un boîtier à ailettes en forme de broche peut être appelé par l’expression anglo-saxonne PINFIN, et permet un bon refroidissement du ou des transistors.A pin-shaped finned housing can be called by the Anglo-Saxon expression PINFIN, and allows good cooling of the transistor(s).
On peut noter que plusieurs transistors peuvent être agencés dans un même boitier, par exemple tous les transistors du premier ou du deuxième circuit.It can be noted that several transistors can be arranged in the same package, for example all the transistors of the first or second circuit.
Selon un mode de réalisation particulier, au moins un desdits transistors du premier circuit ou du deuxième circuit est monté dans un boitier assemblé sur une plaque métallique au moyen d’une couche de matériau d’interface thermique, la plaque métallique étant en contact avec le liquide de refroidissement dans ledit canal.According to a particular embodiment, at least one of said transistors of the first circuit or of the second circuit is mounted in a housing assembled on a metal plate by means of a layer of thermal interface material, the metal plate being in contact with the coolant in said channel.
Ce mode de réalisation particulier permet également d’avoir un refroidissement approprié. On peut noter qu’un ou plusieurs transistors peuvent être agencés dans un même boitier, par exemple tous les transistors du premier ou du deuxième circuit. On appelle généralement la plaque métallique une « plaque froide ». Plusieurs boitiers distincts peuvent être agencés sur cette plaque.This particular design also allows for adequate cooling. It should be noted that one or more transistors can be arranged in the same package, for example, all the transistors of the first or second circuit. The metal plate is generally called a "cold plate." Several separate packages can be arranged on this plate.
Selon un mode de réalisation particulier, au moins un desdits transistors du premier ou du deuxième circuit est monté dans un boitier assemblé entre deux plaques métalliques au moyen de deux couches de matériau d’interface thermique, les deux plaques métalliques étant chacune en contact avec le liquide de refroidissement dans ledit canal.According to a particular embodiment, at least one of said transistors of the first or second circuit is mounted in a housing assembled between two metal plates by means of two layers of thermal interface material, the two metal plates each being in contact with the coolant in said channel.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend au moins un capteur de courant agencé en série avec une borne négative de la batterie, le capteur de courant présentant, une fois monté dans un système comprenant la charge et la batterie, une précision inférieure ou égale à plus ou moins 2% et une bande passante supérieure à 500kHz.According to a particular embodiment, the device includes at least one current sensor arranged in series with a negative terminal of the battery, the current sensor having, once mounted in a system including the load and the battery, an accuracy less than or equal to plus or minus 2% and a bandwidth greater than 500kHz.
Un tel capteur de courant peut être réalisé au moyen d’une résistance dite de « shunt ».Such a current sensor can be made using a so-called "shunt" resistor.
Selon un mode de réalisation particulier, le premier circuit comprend un circuit d’amortissement configuré pour permettre la conduction dans les deux sens de conduction des deux transistors du premier circuit, connecté en parallèle aux deux transistors du premier circuit.According to a particular embodiment, the first circuit includes a damping circuit configured to allow conduction in both directions of conduction of the two transistors of the first circuit, connected in parallel to the two transistors of the first circuit.
Le circuit d’amortissement peut être désigné par l’expression anglo-saxonne « snubber ». Ce circuit permet d’aborder des pics de courant.The damping circuit can be referred to by the English term "snubber". This circuit allows for the management of current peaks.
Selon un mode de réalisation particulier, le circuit d’amortissement du premier circuit comporte deux branches connectées ensemble en parallèle, chaque branche comportant, en série, une diode définissant un sens de conduction propre à la branche, une résistance, et un condensateur.According to a particular embodiment, the damping circuit of the first circuit comprises two branches connected together in parallel, each branch comprising, in series, a diode defining a direction of conduction specific to the branch, a resistor, and a capacitor.
Dans ce mode de réalisation particulier, les diodes permettent d’avoir une branche par sens de conduction du courant, pour avoir un circuit d’amortissement bidirectionnel.In this particular embodiment, the diodes allow for one branch per direction of current conduction, to have a bidirectional damping circuit.
Selon un mode de réalisation particulier, le deuxième circuit comprend un circuit d’amortissement configuré pour permettre la conduction dans le sens de conduction allant de la borne d’entrée du deuxième circuit vers la borne de sortie du deuxième circuit, connecté en parallèle audit au moins un transistor du deuxième circuit.According to a particular embodiment, the second circuit includes a damping circuit configured to permit conduction in the direction of conduction from the input terminal of the second circuit to the output terminal of the second circuit, connected in parallel to said at least one transistor of the second circuit.
Selon un mode de réalisation particulier, le circuit d’amortissement du deuxième circuit comporte, en série, une diode définissant le sens de conduction du circuit d’amortissement, une résistance, et un condensateur.According to a particular embodiment, the damping circuit of the second circuit includes, in series, a diode defining the direction of conduction of the damping circuit, a resistor, and a capacitor.
Sur la
La batterie 200 peut être une batterie de véhicule électrique ou hybride utilisée pour alimenter en énergie électrique un groupe motopropulseur (la charge 300).Battery 200 can be an electric or hybrid vehicle battery used to power a powertrain (charge 300).
La charge 300 peut donc être, par exemple, un onduleur de véhicule électrique ou hybride utilisée pour la traction et/ou la propulsion du véhicule.The 300 load can therefore be, for example, an electric or hybrid vehicle inverter used for vehicle traction and/or propulsion.
La batterie, 200 comporte une borne positive 201 et une borne négative 202. Dans l’exemple illustré, le dispositif de déconnexion est connecté à la borne positive. L’invention n’est néanmoins pas limitée à un dispositif de déconnexion connecté à la borne positive de la batterie et peut être adaptée pour une connexion à la bande négative de la batterie.The battery, 200, has a positive terminal 201 and a negative terminal 202. In the illustrated example, the disconnect device is connected to the positive terminal. However, the invention is not limited to a disconnect device connected to the positive terminal of the battery and can be adapted for connection to the negative terminal of the battery.
Le dispositif comporte une borne d’entrée E qui est donc connectée à la borne positive 201 de la batterie, et, dans un chemin de courant allant jusqu’à la charge 300, un premier circuit 110 comportant deux transistors 111. Le chemin de courant qui va de l’entrée à la sortie du dispositif est traversé par un courant noté I sur la figure. Sur la figure, les deux transistors 111 et 112 sont des transistors à effet de champ de type MOSFET de type N (l’invention s’applique aussi à des transistors de type P), et de préférence des transistors en carbure de silicium, avantageux pour les applications hautes puissances.The device includes an input terminal E, which is connected to the positive terminal 201 of the battery, and, in a current path leading to the load 300, a first circuit 110 comprising two transistors 111. The current path from the input to the output of the device carries a current denoted I in the figure. In the figure, the two transistors 111 and 112 are N-type MOSFET field-effect transistors (the invention also applies to P-type transistors), and preferably silicon carbide transistors, which are advantageous for high-power applications.
Le transistor 111 est connecté dans un premier sens de conduction, et le deuxième transistor 112 est connecté dans le sens opposé de conduction avec les deux transistors en série.Transistor 111 is connected in the first direction of conduction, and the second transistor 112 is connected in the opposite direction of conduction with the two transistors in series.
Ainsi, les deux sources 111S et 112S de ces transistors sont connectées ensemble ici (alternativement et sans que cela ne soit représenté, les deux drains 111D et 112D de ces transistors sont connectés ensemble). Sur la figure, on a représenté les diodes internes de ces transistors, avec les anodes connectées entre elles.Thus, the two sources 111S and 112S of these transistors are connected together here (alternatively, and not shown, the two drains 111D and 112D of these transistors are connected together). The figure shows the internal diodes of these transistors, with their anodes connected together.
Les deux grilles 111G et 112G de ces deux transistors sont commandées par un processeur 130 du dispositif. On peut noter que la commande des grilles de ces transistors est mise en œuvre de manière indépendante. Comme visible sur la figure, on a bien pour chaque grille une connexion distincte jusqu’au processeur 130.The two gates 111G and 112G of these two transistors are controlled by a processor 130 of the device. It should be noted that the gate control of these transistors is implemented independently. As can be seen in the figure, each gate has a separate connection to the processor 130.
Le dispositif comporte en outre, un deuxième circuit, 120 comprenant un transistor 121 (ici de type N, bien que l’autre type de conduction soit envisageable en adaptant le circuit) dont le drain est connecté à la borne de sortie du dispositif et la source à un port de recharge PRC (par exemple pour la connexion à un redresseur).The device also includes a second circuit, 120 comprising a transistor 121 (here of type N, although the other type of conduction is conceivable by adapting the circuit) whose drain is connected to the output terminal of the device and the source to a PRC charging port (for example for connection to a rectifier).
Le transistor 121 est configuré pour être traversé par le courant dans le sens qui va du port de recharge PRC vers la branche traversée par le courant I. En particulier, le transistor 121, par son drain 121D, est connecté entre la borne de sortie S et le premier circuit. La source 121S de ce transistor est connectée au port de recharge PRC. L’anode de la diode interne du transistor 121 est connectée au port de recharge.Transistor 121 is configured to carry current from the charging port PRC to the branch carrying current I. Specifically, transistor 121, via its drain 121D, is connected between the output terminal S and the first circuit. The source 121S of this transistor is connected to the charging port PRC. The anode of the internal diode of transistor 121 is connected to the charging port.
Le deuxième circuit comporte, en outre, en parallèle du transistor 121, un autre transistor 121’ agencé dans le même sens de conduction, le transistor 121’ est optionnel, et est utilisé, pour des applications, dont la puissance nécessite la mise en parallèle de plusieurs transistors.The second circuit also includes, in parallel with transistor 121, another transistor 121’ arranged in the same direction of conduction, transistor 121’ is optional, and is used for applications where the power requires the paralleling of several transistors.
En fait les transistors 121 et 121’peuvent être des transistors agencés dans un même boîtier, présents sur une ou plusieurs puces semi-conductrice distinctes.In fact, transistors 121 and 121’ can be transistors arranged in the same package, present on one or more separate semiconductor chips.
Tel est également le cas pour les transistors 111 et 112 qui peuvent comporter une ou plusieurs puces semi-conductrice(s) dans un ou plusieurs boitiers.This is also the case for transistors 111 and 112 which can include one or more semiconductor chips in one or more packages.
En fait, un transistor représenté sur la figure peut être implémenté par une pluralité de transistors individuels, formés sur une ou plusieurs puces semi-conductrices. On peut noter que le nombre de puce par boitier permet de faire un ajustement fin de la puissance possible. Le nombre de boitiers mis en parallèle permet de faire un ajustement plus grossier de la puissance possible.In fact, a transistor shown in the figure can be implemented using a plurality of individual transistors, formed on one or more semiconductor chips. It should be noted that the number of chips per package allows for fine-tuning the possible power output. The number of packages connected in parallel allows for coarser adjustment of the possible power output.
Le premier circuit permet d’isoler électriquement la batterie 200 de la charge 300. À cet effet, on peut commander les grilles des transistors 111 G et 112 G avec le processeur 130, en particulier, lorsque le processeur 130 détecte, en utilisant un capteur, une situation dans laquelle il est nécessaire de bloquer le passage du courant I. À titre indicatif, un capteur de courant comprenant une résistance 140 en série avec la batterie, connecté à la borne 202 de la batterie peut être utilisée pour détecter des courts circuits. Un capteur de tension 141 est connecté aux bornes de la résistance 140, ce capteur de tension 141 étant connecté au processeur 130. En fait, ici, la résistance est une résistance dite de shunt. On peut noter que cela permet d’obtenir, en utilisation, une précision inférieure ou égale à plus ou moins 2% et une bande passante supérieure à 500kHz.The first circuit electrically isolates battery 200 from the load 300. To achieve this, the gates of transistors 111G and 112G can be controlled by processor 130, particularly when processor 130 detects, using a sensor, a situation requiring the blocking of current I. For example, a current sensor comprising a resistor 140 in series with the battery, connected to terminal 202 of the battery, can be used to detect short circuits. A voltage sensor 141 is connected across resistor 140, which is itself connected to processor 130. In this case, the resistor is a shunt resistor. This configuration allows for an accuracy of ±2% and a bandwidth exceeding 500 kHz.
L’utilisation d’une résistance permet d’avoir une détection précise et rapide d’une élévation d’un niveau de courant, devant conduire à un blocage des transistors.The use of a resistor allows for precise and rapid detection of a rise in current level, which should lead to a blocking of the transistors.
L’invention n’est pas limitée à l’utilisation d’une résistance de shunt et couvre d’autres capteurs aussi performants.The invention is not limited to the use of a shunt resistor and covers other equally efficient sensors.
Le deuxième circuit 120 est quant à lui utile pour protéger le reste du circuit d’un problème au niveau du chargeur de la batterie.The second 120 circuit is useful for protecting the rest of the circuit from a problem with the battery charger.
Les transistors du premier circuit peuvent nécessiter un refroidissement particulier. Tel est éventuellement également le cas pour les transistors du deuxième circuit. On va maintenant décrire les refroidissements possibles.The transistors in the first circuit may require special cooling. This may also be the case for the transistors in the second circuit. We will now describe the possible cooling methods.
La
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On peut noter que le boitier 111B de la
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Ici, le circuit d’amortissement comporte deux branches, chacune étant associée à un sens de conduction. Une première branche 115A comporte une diode 116A en série avec une résistance 117A et un condensateur 118A. Ici, la cathode de la diode 116A est connectée au drain du transistor 112 et le condensateur 118A a une borne connectée au drain du transistor 111. Une deuxième branche 115B comporte une diode 116B en série avec une résistance 117B et un condensateur 118B. La cathode de la diode 116B est connectée au drain du transistor 111 et le condensateur 118B a une borne connectée au drain du transistor 112.Here, the damping circuit has two branches, each associated with a direction of conduction. The first branch, 115A, contains a diode 116A in series with a resistor 117A and a capacitor 118A. Here, the cathode of diode 116A is connected to the drain of transistor 112, and capacitor 118A has one terminal connected to the drain of transistor 111. The second branch, 115B, contains a diode 116B in series with a resistor 117B and a capacitor 118B. The cathode of diode 116B is connected to the drain of transistor 111, and capacitor 118B has one terminal connected to the drain of transistor 112.
En outre, une résistance 119A relie la branche 115A à la masse et une résistance 119B relie la branche 115b à la masse. Cette alternative a pour avantage d’améliorer le temps de réponse à la coupure. On peut noter que dans une variante, les résistances 119A et 119B peuvent être chacune remplacée par une varistance (moins onéreuse que des résistances de puissance).In addition, resistor 119A connects branch 115A to ground, and resistor 119B connects branch 115B to ground. This alternative has the advantage of improving the switch-off response time. It should be noted that in one variation, resistors 119A and 119B can each be replaced by a varistor (less expensive than power resistors).
Claims (13)
le chemin de courant comprenant un premier circuit (110) comportant au moins deux transistors (111, 112) chacun muni d’une diode interne et agencés en série et selon deux sens de conduction opposés,
le dispositif comprenant en outre un canal (400) dans lequel peut circuler un liquide de refroidissement, le canal étant configuré pour que la puissance dissipée par lesdits au moins deux transistors soit évacuée par le liquide de refroidissement.Device for disconnecting an electric battery, comprising an input terminal (E) intended to be connected to a terminal (201) of the battery, a current path (I) extending from the input terminal, and an output terminal (S) of the device intended to be connected to a load (300),
the current path comprising a first circuit (110) having at least two transistors (111, 112) each equipped with an internal diode and arranged in series and in two opposite directions of conduction,
the device further comprising a channel (400) in which a coolant can circulate, the channel being configured so that the power dissipated by said at least two transistors is evacuated by the coolant.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2406118A FR3163225A1 (en) | 2024-06-10 | 2024-06-10 | Battery disconnect device with transistors and liquid cooling |
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| FR2406118A FR3163225A1 (en) | 2024-06-10 | 2024-06-10 | Battery disconnect device with transistors and liquid cooling |
| FR2406118 | 2024-06-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR3163225A1 true FR3163225A1 (en) | 2025-12-12 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2406118A Pending FR3163225A1 (en) | 2024-06-10 | 2024-06-10 | Battery disconnect device with transistors and liquid cooling |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3163225A1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2024
- 2024-06-10 FR FR2406118A patent/FR3163225A1/en active Pending
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