Brevet FR2701176A1 — publié le 19940805

SYSTEME DE VERIFICATION DE CHARGEMENT DES BATTERIES D'UN APPAREIL ELECTRIQUE TEL QU'UN VEHICULE DESCRIPTION L'invention concerne un système de vérification de chargement des batteries d'un appareil électrique tel qu'un véhicule à propulsion électrique, dont L'intérêt est d'offrir l'assurance que le chargement est fait dans de bonnes conditions. On a déjà conçu des systèmes de communication entre des véhicules automobiles et des stations fixes à des fins de guidage, de péage ou d'autres fonctions, mais qui font appel à des éléments souvent compliqués pour transmettre des informations ou assurer des dialogues qui le sont également. Dans l'invention, on se préoccupe uniquement de vérifier la présence effective d'un véhicule pendant le chargement des batteries, la continuité du fil de masse du câble d'alimentation et éventuellement l'absence de courant de fuite, en utilisant autant que possible les éléments nécessaires au chargement pour assurer ces fonctions également, afin de n'accroître que de très peu le coût de l'installation. Le système comprend donc une borne d'alimentation en courant électrique des batteries de l'appareil électrique par un câble à deux fils de phase et un fil de masse ; il est caractérisé en ce que la borne comprend un moyen de fourniture d'une excitation sur au moins un des fils de phase et de détection d'un courant de réponse sur le fil de masse, un circuit résonnant étant disposé sur l'appareil entre le fil de phase qui subit l'excitation et le fil de masse. Ces moyens suffisent à s'assurer de la présence de L'appareil et de la continuité du fil de masse. En cas d'anomalie, il est alors facile de faire commander l'interruption de l'alimentation par une action du moyen de fourniture de L'excitation et de détection du courant de réponse sur un moyen de coupure appartenant au disjoncteur différentiel prévu dans les conceptions actuelles de bornes d'alimentation. Avantageusement, le transformateur de ce disjoncteur différentiel est relié au moyen de fourniture de l'excitation et de détection du courant de réponse et constitue le truchement par lequel l'excitation est introduite dans le fil de phase. Un moyen de détection de courants continus de fuite peut comprendre comme élément sensible un moyen teL qu'un capteur de champ magnétique disposé sur le transformateur du disjoncteur différentiel ; il peut s'agir d'un bobinage supplémentaire enroulé autour du noyau du transformateur. On voit combien les propositions que voilà permettent une cohésion étroite des éléments de la borne d'alimentation, dont beaucoup servent à plusieurs fonctions très différentes à la fois. Un bon moyen de détection du courant de réponse est apte à déterminer si ce courant et l'excitation sont des signaux en phase ou en quadrature, afin d'identifier au mieux les fréquences de résonnance. On va maintenant décrire l'invention plus en détail à l'aide des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif - la figure 1 est un schéma du système, - la figure 2 illustre certains détails du système, - la figure 3 illustre les principaux éléments du moyen de commande, - la figure 4 représente la réponse en fréquence du circuit résonnant, - et la figure 5 certains signaux obtenus pendant le fonctionnement du système. Le système, décrit d'abord à l'aide de la figure 1, est composé en première analyse d'une borne 1 d'alimentation électrique, d'un véhicule 2, et d'un câble 3 qui les unit. Ce câble 3 est un câble classique à trois fils dont deux fils de phase 4 et 5 et un fil de masse 6, et il est engagé dans des prises 7 et 8 respectives de la borne 1 et du véhicule 2 au-delà desquelles les fils 4, 5 et 6 sont prolongés. Dans le véhicule 2, les fils de phase 4 et 5 aboutissent à un chargeur 9 relié aux batteries 10 de propulsion du véhicule 2 par des paires de conducteurs 11 et qui a pour but en particulier de convertir le courant alternatif en courant continu. Le véhicule 2 comprend encore un circuit résonnant 12 disposé entre un des fils de phase 5 et le fil de masse 6.Quant à la borne 1, elle comprend la source de courant alternatif 13 (en réalité un raccordement au secteur électrique), qui est reliée aux fils de phase 4 et 5 par les contacts 14 mobiles d'un relais, dont la bobine 15 est commandée par une unité centrale 16 aux bornes de laquelle sont reliés un premier transformateur 17 et un second transformateur 18 qui l'unissent respectivement aux fils de phase 4 et 5 et au fil de masse 6. On voit sur la figure 2 que le premier transformateur 17 est formé de quatre bobinages disposés autour d'un noyau circulaire unique : deux des bobinages sont situés sur les deux fils de phase 4 et 5, les deux autres sont reliés respectivement à une boucle d'excitation 19 et une boucle de détection 20 de l'unité centrale 16. Quant au circuit résonnant 12, il est composé de plusieurs ensembles montés en parallèle - deux dans Le cas présent - dont chacun comprend une bobine d'auto-induction 22 et un condensateur 23 disposés en série entre le fil de phase 5 et le fil de masse 6. On remarque enfin un composant de protection 24 disposé sur les fils de phase 4 et 5 en amont du chargeur 9 afin diminuer l'influence de celui-ci sur le circuit résonnant 12.Le composant de protection 24 est composé de deux bobines d'auto-induction 25 et 26 situées chacune sur un des fils de phase 4 et 5 et qui présentent la propriété d'une impédance élevée aux fréquences de résonnance du circuit 12. Enfin, un condensateur 27 est disposé entre les fils de phase 4 et 5 et sert de filtre. La figure 4 représente l'intensité du signal issu du circuit résonnant 12 - après avoir été émis de La boucle d'excitation 19 et avoir passé par le premier transformateur 17 et les fils de phase 4 et 5 - et transmis sur le fil de masse 6 en fonction de la fréquence. On y distingue deux pics de résonance aux fréquences f1 et f2 séparés par des plages où la réponse est beaucoup plus faible et qui présentent des minimums aux fréquences fa, fb et fc. On passe maintenant à la figure 3 : l'uni té centrale 16 consiste essentiellement en un microprocesseur 28 chargé de la détection de l'état de fonctionnement normal du système. Il comprend une première sortie 29 par laquelle le courant d'excitation de la bobine de relais 15 est envoyé ; ainsi qu'une deuxième sortie 31 qui émet un signal d'excitation vers une horloge 32 et ensuite, par l'intermédiaire d'un amplificateur 33, vers la boucle d'excitation 19, et vers des multiplexeurs 37 et 38 qui vont maintenant être décrits. Le microprocesseur 28 est accouplé à un démodulateur synchrone 34 relié au second transformateur 18 et qui comprend successivement vers le microprocesseur 28 un préamplificateur 35, un inverseur 36 et, en parallèle, un multiplexeur à 900 37 et un multiplexeur à 0 38, qui sont tous deux reliés à la fois aux bornes de sortie du préamplificateur 35 et de l'amplificateur-inverseur 36. Les multiplexeurs 37 et 38 sont reliés à des entrées respectives 39 et 40 du microprocesseur 28. Ce système permet une détection plus précise. La figure 5 permet de comprendre pourquoi. On y a figuré tout d'abord le signal 50 provenant du circuit résonnant 12, du fil de masse 6 et du second transformateur 18, dont la fréquence est celle d'excitation et dont l'intensité dépend de la fréquence comme on l'a vu à propos de la figure 4. Le signal 51 émis par l'horloge 32 vers l'amplificateur 33 et le multiplexeur à OC 38 est figuré au-dessous ; il est en phase avec Le signal d'excitation et a la meme fréquence.Le signal 50 est plus ou moins déphasé par rapport au signal 51, qui est utilisé pour commander le multiplexeur à OO 38 et lui faire envoyer au microprocesseur 28, selon l'alternance positive ou négative, le signal issu du préamplificateur 35 ou de l'inverseur 36 ; ce qui implique que si les signaux 50 et 51 sont en phase, le signal 52 que le microprocesseur reçoit sera bien redressé, soit toujours positif ; si les signaux 50 et 51 sont en opposition de phase, le signal 52 sera toujours négatif ; s'ils sont en quadrature, la moyenne du signal 52 sera nulle ; et la moyenne du signal sera intermédiaire pour les déphasages intermédiaires. Le signal 53 figuré au-dessous est celui qui est envoyé au multiplexeur à 900 37 ; il s'agit d'un signal semblable au signal 51 mais avec un retard de phase d'une quadrature. Le signal 53 commande le multiplexeur à 900 37 comme le signal 51 commande le multiplexeur à 0 38, et un autre signal 54 est reçu en conséquence par le microprocesseur 28. L'intérêt de ce dispositif apparaît dès qu'on se souvient que le signal de réponse est en quadrature avec le signal d'excitation à une résonnance, et en phase avec lui (ou en opposition de phase) aux fréquences où les contributions des modes propres de résonnance sont les moins sensibles : le signal 52 délivré à l'entrée 40 est donc nul aux fréquences f1 et f2, et le signal 54 délivré à l'entrée 39 est nul aux fréquences fa, fb et fc. Le microprocesseur 28 est bien sûr apte à intégrer les signaux 52 et 54. Il suffit qu'il produise des signaux aux fréquences fa, f1, fb, f2 et fc pendant de brèves périodes à la borne 31 et intègre les signaux 52 et 54 aux entrées 40 et 39 pour que la détection soit faite de la présence du véhicule 2 et de la continuité du fil de masse 6.On pourrait bien sûr concevoir des explorations sur des bandes de fréquence plus larges si on voulait par exemple rechercher l'identification d'un véhicule 2 doté d'une signature particulière - grâce à un circuit résonnant 12 propre - parmi d'autres véhicules 2. Quoi qu'il en soit, le microprocesseur 28 autorise la fermeture des contacts de relais 14 si la recherche a été fructueuse et les maintient ouverts sinon, et il continue de surveiller les signaux 52 et 54 pendant le chargement de batteries 10 pour ouvrir les contacts de relais 14 aussitôt que ces signaux ne correspondent plus à ceux qui lui ont été programmés antérieurement - que le circuit résonnant 12 devrait émettre en réponse à une excitation du courant du secteur, ce qui est réalisé si le fonctionnement de la source 13 devient anormal ou si le véhicule 2 est débranché. Le microprocesseur 28 possède une dernière entrée 41, accouplée à un module de détection de fuite 42 qui comporte, de la boucle de détection 20 vers cette entrée 41, un préamplificateur 43, un inverseur 44 et un multiplexeur 45 relié aux bornes de sortie du préamplificateur 43 et de L'inverseur 44. Le multiplexeur 45 est commandé comme le multiplexeur à OC 38 par le signal 51 issu de l'horloge 32 et fonctionne de la même façon. Le module de détection de fuites 42 est destiné à la détection des courants continus de fuite. En effet, les courants alternatifs de fuite sont bien détectés par un disjoncteur différentiel semblable à ceux qui équipent les installations électriques domestiques et qui comprend en particulier les bobinages du premier transformateur 17 qui sont branchés sur les fils de phase 4 et 5 et le relais composé des contacts 14 et de la bobine 15 : celle-ci est excitée directement pour ouvrir ceux-là dès que le champ magnétique résultant ou différentiel engendré sur les deux bobinages mentionnés dépasse un seuil, ce qui signifie qu'une différence d'intensité de courant excessive existe entre les fils de phase 4 et 5, car sinon le champ magnétique différentiel est nul. Mais le disjoncteur différentiel est insensible aux courants continus de fuite, ce qui justifie l'ajout du dispositif de détection de fuites 42.L'élément sensible de la boucle de détection 20 est un bobinage supplémentaire enroulé autour du noyau du premier transformateur 17, qu'on pourrait sans doute remplacer par un autre capteur de champ magnétique tel qu'un capteur à effet Hall. En effet, un courant de fuite continu crée un champ magnétique de saturation dans le noyau, ce qui amoindrit l'efficacité du transfert de signal entre les boucles d'excitation 19 et de détection 20. Les moyens de démodulation synchrone 43 à 45 utilisés pour la détection du courant de fuite continu ont l'avantage de réduire l'influence des parasites, qui sont souvent à un niveau élevé dans ces situations et risquent donc de perturber les mesures. L'inventeur envisage aussi de faire détecter les courants continus de fuite directement par l'analyse des perturbations qu'ils produiraient sur le courant issu du circuit résonnant 12. Le microprocesseur 28 peut être programmé pour soustraire le bruit des mesures, après l'avoir enregistré juste avant ces dernières. Il est visible de la description qui précède que le véhicule 2 pourrait être remplacé par un autre appareil électrique équipé de batteries à recharger. REVENDICATIONS 1. Système de chargement de batteries (10) d'un appareil électrique (2) comprenant une borne d'alimentation (1) en courant électrique reliée aux batteries (10) de l'appareil par un câble (3) à deux fils de phase (4, 5) et un fil de masse (6), caractérisé en ce que la borne (1) comprend un moyen (16) de fourniture d'une excitation sur au moins un des fils de phase et de détection d'un courant de réponse sur le fil de masse (6), un circuit résonnant (12) étant disposé sur l'appareil entre le fil de phase qui subit l'excitation et le fil de masse. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil de masse est uni au moyen de fourniture de l'excitation et de détection du courant de réponse par un transformateur (18). 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit résonnant est complexe et formé de plusieurs ensembles parallèles de bobines (22) et condensateurs (23) ayant des résonnances à des fréquences différentes (fil, f2). 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de détection (42) de courants continus de fuite. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen de fourniture de l'excitation et de détection du courant de réponse est uni au fil de phase qui subit l'excitation par un autre transformateur (17), qui appartient à un disjoncteur différentiel avec un moyen de coupure de l'alimentation (14, 15). 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de coupure de l'alimentation (14, 15) est relié au moyen de fourniture de l'excitation et de détection du courant de réponse, qui est conçu pour commander le moyen de coupure (14, 15) pour couper l'alimentation sans action du disjoncteur différentiel. 7. Système selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le moyen de détection de courants continus de fuite comprend un capteur de champ magnétique disposé sur l'autre transformateur (17). 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le capteur de champ magnétique est un bobinage enroulé autour du noyau de l'autre transformateur. 9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le moyen de fourniture de l'excitation et de détection du courant de réponse comprend un moyen (35, 36, 37) de déterminer si Irexcitation et le courant de réponse sont des signaux en quadrature.