Brevet FR2978627A1 — publié le 20130201

SYSTEME DE CHARGE SECURISE D'UN VEHICULE ELECTRIQUE OU HYBRIDE L'invention concerne un système de charge pour batterie de véhicule hybride ou électrique à une borne de rechargement alimentée par un réseau de distribution d'électrique public ou privé. Elle apporte plus particulièrement une amélioration aux systèmes de rechargement utilisant certains types de communication « par Courants Porteurs en Ligne » (CPL) entre un ou plusieurs points de rechargement et un ou plusieurs véhicules. Dans un contexte global de diminution des réserves en énergie fossile, et d'un accroissement des risques liés à l'effet de serre et au réchauffement climatique, les constructeurs automobiles développent des véhicules dits électriques, dont le fonctionnement repose exclusivement sur un moteur électrique, et des véhicules dits hybrides, dont le fonctionnement repose typiquement sur un moteur électrique conjointement à un moteur thermique. Les véhicules électriques ou hybrides embarquent typiquement une ou plusieurs batterie(s) nécessaire(s) à l'alimentation du moteur et des organes électriques, et requièrent de pouvoir être connectés à un réseau de distribution d'électricité public ou privé, permettant de recharger la ou les batterie(s). L'invention concerne les systèmes de rechargement des véhicules électriques et hybrides rechargeables, utilisant l'information du passage par zéro d'une des tensions alternatives du réseau de distribution d'électricité fourni au point de rechargement, i.e. à une borne de recharge. Le document US 5 602 462 décrit un système de charge de batterie qui utilise une telle détection du passage par zéro du courant d'alimentation avec un comparateur et utilise pour la protection du circuit des résistances qui limitent le courant d'alimentation. Un tel système de charge ne permet pas gérer les cas où le courant d'alimentation n'est pas présent tout en sécurisant le système de charge et plus particulièrement les pièces nues côté véhicule. Par ailleurs, les systèmes de rechargement en cours de normalisation à ce jour ne mettent pas en oeuvre la détection de passage par zéro, en particulier au niveau du véhicule, limitant ainsi les besoins croissants en termes de bande passante, d'augmentation du parc de véhicules concerné et de points de rechargement, ainsi que de la prise en compte dudit passage par zéro par exemple par les nouvelles technologies de communication par courants porteurs en ligne. En outre, ces systèmes de rechargement comportent en général des phases de vies dans lesquelles la communication par courants porteurs en ligne doit avoir lieu entre le point de rechargement et le véhicule, et ceci alors même que le point de rechargement ne fournirait pas de tension de puissance au véhicule, par exemple pour des raisons de sécurité, de sorte que le véhicule ne pourrait donc pas en déduire une information de passage par zéro. Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients de l'art antérieur mentionné ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de proposer un système de rechargement améliorant les conditions de sécurité lors de l'établissement d'une communication par courants porteurs en ligne entre le véhicule et le point de rechargement pour permettre la fourniture d'un signal de puissance par le point de rechargement. Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un système de rechargement entre une ou plusieurs batteries de véhicule électrique ou hybride et un point de rechargement alimenté par un réseau de distribution d'électricité apte à fournir un signal de puissance, comprenant côté véhicule des premiers moyens de communication par courants porteurs en ligne et des premiers moyens de détection du passage par zéro du signal de puissance et comprenant côté point de rechargement des deuxièmes moyens de communication par courants porteurs en ligne, des deuxièmes moyens de détection du passage par zéro et des moyens de commande de fourniture du signal de puissance caractérisé en ce que côté point de rechargement, le système comprend en outre des moyens aptes à générer un signal de substitution de même fréquence que le signal de puissance lorsque les moyens de commande de fourniture du signal de puissance sont désactivés et en ce que les premiers et deuxièmes moyens de détection du passage par zéro sont aptes à détecter le passage par zéro du signal de substitution. Un tel système de rechargement utilisant une communication par courants porteurs en ligne entre un point de rechargement et un véhicule électrique ou hybride rechargeable, permet l'utilisation, sans danger additionnel, par le véhicule de l'information de passage par zéro du signal de puissance concerné, même dans les situations de vie sans fourniture de puissance électrique au véhicule par le réseau de distribution d'électricité. Cette information de passage par zéro peut, par exemple, être utilisée par les dispositifs de communication par courants porteurs en ligne à des fins de synchronisation, et/ou de partage de bande passante, et/ou de partage du temps. Selon un mode de réalisation avantageux, le signal de puissance est une tension alternative de puissance et le signal de substitution est synchronisé avec le signal alternatif de puissance aux instants de ses passages par zéro. De cette manière, les passages par zéro du signal de substitution sont proches de ceux du signal alternatif de puissance permettant de garder une communication synchronisée entre le véhicule et le point de rechargement même en l'absence de fourniture du signal de puissance. Selon un autre mode de réalisation avantageux, le signal de substitution intègre un paramètre de sécurité sous la forme d'un signal basse tension et/ou un signal avec une haute impédance de sortie de sorte à sécuriser le contact avec des pièces nues du système par exemple au niveau d'un connecteur de câble de rechargement non branché côté véhicule. L'abaissement de la tension du signal de substitution et/ou l'augmentation de son impédance de sortie sont suffisants pour être non dangereux même en cas de contact direct de l'utilisateur avec une ou plusieurs pièces nues du système de rechargement dans les conditions d'utilisation dans lesquelles le signal de substitution est généré. En effet, il est prévu par ailleurs d'autres moyens de protection lorsque le signal de puissance est délivré. Selon un autre mode de réalisation avantageux, les moyens pour générer le signal de substitution comprennent un pont diviseur d'impédance. L'utilisation d'un tel pont diviseur d'impédance permet d'obtenir une impédance de sortie élevée qui permet de limiter le courant de contact. La simplicité de cette mise en oeuvre lui confère une bonne sûreté de fonctionnement et peu de risques de pannes. En outre, économiquement, le matériel ajouté est peu coûteux. Selon un autre mode de réalisation avantageux, les moyens de détection du passage par zéro comprennent un dispositif de mise à niveau du signal, un dispositif d'écrêtage et/ou un dispositif de contrôle automatique de gain et un dispositif de comparaison avec une valeur de référence. De tels moyens de détection du passage par zéro permettent de traiter aussi bien le signal de puissance lorsqu'il est fourni que le signal de substitution en l'absence du signal de puissance. Avantageusement, le dispositif de mise à niveau est apte à assurer une isolation galvanique des premiers moyens de communication par courants porteurs en ligne. Une telle isolation permet d'accroitre encore la sécurité en évitant de porter les moyens de communication par courants porteurs en ligne à une tension potentiellement dangereuse. Selon un autre mode de réalisation avantageux, le dispositif de mise à niveau est apte à effectuer un gain en tension de l'ordre de la réduction de tension due au pont diviseur d'impédance et en ce que le dispositif de contrôle de gain est apte à annuler ce gain en présence du signal de puissance. De cette manière, les moyens de détection de passage par zéro permettent de compenser ou même d'annuler les effets du signal de substitution lorsque le signal de puissance est délivré. Selon un autre mode de réalisation avantageux, les premiers et deuxièmes moyens de détection du passage par zéro sont de même type. Cela permet une utilisation sans risque côté point de rechargement de l'information du passage par zéro quel le signal de puissance soit délivré ou non. Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un point de rechargement d'une ou plusieurs batteries de véhicule électrique ou hybride, partie d'un système de rechargement selon le premier aspect de l'invention, le point de rechargement étant alimenté par un réseau de distribution d'électricité apte à fournir un signal de puissance. Le point de rechargement comprend des moyens de communication par courants porteurs en ligne et des moyens de commande de fourniture du signal de puissance, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens aptes à générer un signal de substitution de même fréquence que le signal de puissance et synchronisé avec celui-ci aux instants de ses passages par zéro lorsque les moyens de commande de fourniture du signal de puissance sont désactivés. Selon un troisième aspect, l'invention concerne un procédé de charge d'une batterie de véhicule électrique ou hybride (VE / VH) connectée à un point de rechargement alimenté par un réseau de distribution d'électricité, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : (i) communiquer par courants porteurs en ligne via un système de rechargement entre le système de rechargement de la ou des batteries côté véhicule et le point de rechargement ; (ii) détecter, côté point de rechargement, la fourniture d'un signal de puissance par le réseau de distribution d'électricité ; (iii) générer, côté point de rechargement, un signal de substitution de même fréquence que le signal de puissance et synchronisé avec celui-ci aux instants de ses passages par zéro en cas d'absence dudit signal de puissance ; (iv) détecter, côté point de rechargement et/ou côté véhicule, des passages par zéro du signal de substitution fourni par le point de rechargement. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par le dessin annexé, dans lequel : la figure 1 représente schématiquement un système de charge selon un mode de réalisation de la présente invention dans le cas d'une alimentation d'électricité monophasée. De manière générale, selon un mode de réalisation avantageux de l'invention qui va être exposé en détail ci-après en relation avec la figure 1, le système de charge comporte une partie côté véhicule hybride ou électrique notée VE ou VH et une partie côté point de rechargement ou borne de recharge, notée borne. Bien que ce mode est présenté dans le cas d'une alimentation monophasée, l'homme comprendra que son application est possible de manière tout à fait similaire avec une alimentation d'électricité triphasée. Les deux côtés véhicule et borne sont connectés l'un à l'autre de préférence par un fil pilote et une prise 2P+T (phase, neutre et terre), la prise de terre étant reliée à la terre côté borne et à une masse côté véhicule. On notera à cet effet, que le système de charge présenté ici respecte les exigences des principaux projets de normes dans le domaine du rechargement des véhicules électriques et hybrides, tels que les projets ISO/IEC 61851-1 et ISO/IEC 15118-3 avec notamment l'utilisation prévue d'un dispositif pilote 2 conforme et une analyse par modulation de la largeur d'impulsion, notée PWM. D'ailleurs, on notera encore que le système est particulièrement adapté au rechargement des véhicules en mode 3, tel que défini dans le projet de norme ISO/IEC 61851-1, avec des courants porteurs en ligne. Cependant, le système peut également s'appliquer à d'autres modes de rechargement, tels que le mode 2. Pour permettre le rechargement de la batterie du véhicule, le point de rechargement est alimenté par un réseau de distribution d'électricité apte à fournir un signal de puissance. Ce signal de puissance est classiquement une tension pouvant être, par exemple et sans limitation, alternative et de fréquence proche de 50 Hz ou 60 Hz. Pour assurer le processus de recharge, il est prévu, côté borne, des moyens de commande de la fourniture du signal de puissance 12. Ces moyens de commande peuvent être formés par deux interrupteurs placés par exemple, l'un sur le fil de phase et l'autre sur le fil neutre de la prise. Lors de la réception d'une commande de fourniture du signal de puissance, les interrupteurs sont fermés, autrement, ils sont ouverts. Côté véhicule, il est avantageusement prévu des moyens de commande de connexion de puissance 14, pouvant être également formés par deux interrupteurs agencés pour l'un sur le fil phase et l'autre sur le fil neutre, en amont du système de rechargement de batterie interne au véhicule, représenté par une charge résistive variable, lesdits interrupteurs et charge variable pouvant être en réalité constitués de tout autre circuit électronique réalisant une fonction électrique analogue, vue de l'entrée du véhicule. Côté véhicule, respectivement côté borne, le système de rechargement comprend en outre des premiers 4, respectivement deuxièmes 6, moyens de communication par courants porteurs en ligne, notés CPL, ajoutés dans l'exemple représenté sur la ligne pilote, c'est-à-dire entre le « fil pilote » et la terre, qui est la référence du fil pilote. Ces moyens de communications 4 et 6 sont connectés au système par l'intermédiaire de quatre points d'injection 4a, 4b, 6a et 6b, représentés par des cercles. Ces points d'injection peuvent être constitués de dispositifs montés en dérivation et/ou en parallèle, par exemple de nature résistive, capacitive ou inductive. Ces moyens de communication (CPL) 4 et 6 comportent des entrées de détection de passage par zéro, aussi bien du côté véhicule que du côté borne. Ces entrées nécessitent une gestion aussi bien lors de la fourniture du signal de puissance que lors de son absence. Du côté véhicule, respectivement du côté borne, des moyens de détection du passage par zéro 8 et 10 sont prévus. De nombreuses solutions techniques sont possibles pour détecter le passage par zéro d'un signal Par exemple, comme représenté à la figure 1, la tension entre les deux fils (phase et neutre) peut être mise à niveau par un circuit 8a, respectivement 10a, dont l'impédance d'entrée est Zin, pouvant être différente du côté véhicule et du côté borne, puis faire l'objet d'un écrêtage et/ou d'un contrôle automatique de gain « CAG » au travers d'un dispositif 8b, respectivement 10b, puis réaliser la détection des passages par zéro dans un dispositif de comparaison à une valeur de référence 8c, respectivement 10c, tels que des basculeurs. On notera qu'au niveau des dispositifs CPL ainsi que des moyens de détection de passage par zéro, certaines des liaisons représentées peuvent être à plusieurs fils, comme par exemple des liaisons différentielles à deux fils. Côté borne, il est prévu en outre des moyens pour générer un signal de substitution 16 lors de la non-fourniture du signal de puissance par le réseau de distribution d'électricité. De manière simple et peu coûteuse, ces moyens sont avantageusement réalisés par des impédances Z1 et Z2 constituant un pont diviseur, entre phase et neutre, qui génère un signal de même fréquence que le signal de puissance, avec des instants de passage par zéro proches, i.e. synchronisés. En outre, de façon avantageuse, la tension de substitution générée par le pont diviseur présente une tension suffisamment basse et/ou une impédance de sortie suffisamment haute pour être non dangereuse même par contact direct avec une ou plusieurs pièce(s) nue(s) sous cette tension, dans les conditions d'utilisation du système de rechargement. En effet, une valeur d'impédance de sortie élevée permet notamment de limiter le courant de contact. Selon une variante, les impédances Z1 et Z2 peuvent constituer un pont diviseur entre phase et terre, ce qui présente néanmoins l'inconvénient de générer un courant de fuite à la terre, qui est cependant minime. Le fonctionnement du système de rechargement tel qu'exposé ci- dessus va maintenant être détaillé suivant la fourniture ou non du signal de puissance par le réseau de distribution d'électricité. Tout d'abord, dans le cas où les deux interrupteurs, côté borne, sont fermés, c'est-à-dire lorsque le signal ou tension de puissance est présent entre les fils de phase et de neutre, la détection de passage par zéro, côté véhicule et côté borne, pourra se faire de manière classique par les moyens de détection prévus à cet effet. Dans le cas contraire, lorsque les interrupteurs coté borne sont ouverts, la détection de passage par zéro pourra fonctionner normalement, côté borne. En revanche, côté véhicule, la détection du passage par zéro se basera sur le signal ou tension de substitution que les impédances Z1 et Z2 appliquent sur la phase, en lieu et place de signal ou tension de puissance. Ceci est rendu possible par le fait que les signaux de substitution et de puissance ont une même fréquence et avantageusement leurs instants de passage par zéro sont proches de la synchronisation. Le cas échéant, en fonction de la valeur des impédances Z1 et Z2, les dispositifs 8a et 8b, côté véhicule, de mise à niveau et d'écrêtage et/ou de contrôle automatique de gain, peuvent être adaptés pour permettre au dispositif de comparaison à une valeur de référence 8c, de fonctionner comme en présence du signal de puissance entre le point de rechargement et le véhicule. Par exemple, le dispositif de mise à niveau peut effectuer un gain en tension proche en valeur absolue de la réduction de tension due à Z1 et à Z2, et un dispositif CAG peut annuler ce gain en présence de la tension de puissance entre le point de rechargement et le véhicule. En présence du signal de puissance, les impédances Z1 et Z2 peuvent n'avoir aucun effet fonctionnel, car l'impédance Z1 est court- circuitée par un des interrupteurs et l'impédance Z2 peut constituer seulement une charge consommant un courant négligeable. Ainsi de manière générale, la mise en oeuvre d'un tel système de rechargement s'avère avantageuse en ce qu'elle permet aux moyens de détection de passage par zéro de fonctionner, sans danger additionnel, comme si le point de rechargement fournissait toujours un signal de puissance. Il en résulte qu'un tel système peut permettre aux moyens de communication CPL de détecter les passages par zéro, sans tenir compte de la présence de la fourniture ou non du signal de puissance par le point de rechargement au véhicule, ainsi que des changements d'état à ce niveau. L'invention permet donc aux moyens de communication CPL d'utiliser l'information de passage par zéro en toute transparence par rapport aux 2978627 -10- situations de vie relatives à la fourniture ou non de la puissance par le point de rechargement au véhicule. On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents 5 modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées. En particulier, l'exemple de réalisation illustré se place dans le cas particulier d'un rechargement selon le projet de norme ISO/IEC 61851-1 avec une « ligne pilote » et une communication par cette ligne pilote. Cependant, il est 10 bien entendu que le système de rechargement s'applique à d'autres modes de rechargement, avec ou sans ligne pilote selon le projet de norme ISO/IEC 61851-1 et, par exemple, avec une communication CPL utilisant un fil de phase et le fil de neutre ou de terre. En outre, on notera encore que le système de rechargement a été exposé en prenant l'exemple de la 15 communication entre un point de rechargement et un véhicule, toutefois, un tel système s'étend bien entendu à des points de rechargement multiples et/ou des véhicules multiples. D'ailleurs, un tel système est particulièrement avantageux dans le cas de plusieurs communications CPL simultanées. REVENDICATIONS1. Système de rechargement entre une ou plusieurs batteries de véhicule électrique ou hybride (VE / VH) et un point de rechargement alimenté par un réseau de distribution d'électricité apte à fournir un signal de puissance, comprenant côté véhicule des premiers moyens de communication par courants porteurs en ligne (4) et des premiers moyens de détection du passage par zéro du signal de puissance (8) et comprenant côté point de rechargement des deuxièmes moyens de communication par courants porteurs en ligne (6), des deuxièmes moyens de détection du passage par zéro (10) et des moyens de commande de fourniture du signal de puissance (12) caractérisé en ce que côté point de rechargement, le système comprend en outre des moyens aptes à générer un signal de substitution (16) de même fréquence que le signal de puissance lorsque les moyens de commande de fourniture du signal de puissance sont désactivés et en ce que les premiers et deuxièmes moyens de détection du passage par zéro sont aptes à détecter le passage par zéro du signal de substitution. 2. Système de rechargement selon la revendication 1, dans lequel le signal de puissance est une tension alternative de puissance et caractérisé en ce que le signal de substitution est synchronisé avec le signal de puissance aux instants de ses passages par zéro. 3. Système de rechargement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal de substitution intègre un paramètre de sécurité sous la forme d'un signal basse tension et/ou un signal avec une haute impédance de sortie de sorte à sécuriser le contact avec des pièces nues et potentiellement sous tension du système. 4. Système de rechargement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens pour générer le signal de substitution (16) comprennent un pont diviseur d'impédance (Z1, Z2). 2978627 -12- 5. Système de rechargement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les premiers et deuxièmes moyens de détection du passage par zéro (8) comprennent un dispositif de mise à niveau du signal (8a), un dispositif d'écrêtage et/ou un dispositif de contrôle automatique de 5 gain (8b) et un dispositif de comparaison avec une valeur de référence (8c). 6. Système de rechargement selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de mise à niveau (8a) est apte à assurer une isolation galvanique des premiers moyens de communication par courants porteurs en ligne (4). 10 7. Système de rechargement selon la revendication 4 et la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le dispositif de mise à niveau (8a) est apte à effectuer un gain en tension proche en valeur absolue de la réduction de tension due au pont diviseur d'impédance (Z1, Z2) et en ce que le dispositif de contrôle automatique de gain (8b) est apte à annuler ce gain 15 en présence du signal de puissance. 8. Point de rechargement d'une ou plusieurs batteries de véhicule électrique ou hybride (VE / VH), partie d'un système de rechargement selon l'une des revendications 1 à 7, le point de rechargement étant alimenté par un réseau de distribution d'électricité apte à fournir un signal de puissance et 20 comprenant des moyens de communication par courants porteurs en ligne (6) et des moyens de commande de fourniture du signal de puissance (12), caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens aptes à générer un signal de substitution (16) de même fréquence que le signal de puissance et synchronisé avec ledit signal de puissance aux instants de ses passages par 25 zéro lorsque les moyens de commande de fourniture du signal de puissance sont désactivés. 9. Procédé de rechargement d'une ou plusieurs batteries de véhicule électrique ou hybride connectée à un point de rechargement alimenté par un réseau de distribution d'électricité, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : communiquer par courants porteurs en ligne via un système de 2978627 -13- rechargement entre le dispositif du véhicule de rechargement de la ou des batteries dudit véhicule et le point de rechargement ; ii. détecter, côté point de rechargement, la fourniture d'un signal de puissance par le réseau de distribution d'électricité ; 5 iii. générer, côté point de rechargement, un signal de substitution de même fréquence que le signal de puissance et synchronisé avec ledit signal de puissance aux instants de ses passages par zéro en cas d'absence de ce dernier ; iv. détecter, côté véhicule, des passages par zéro du signal de 10 substitution fourni par le point de rechargement.