Brevet FR3090228A1 — publié le 20200619

Description Titre de l'invention : Dispositif d'alimentation en courant électrique utilisant une batterie d'accumulateurs de véhicule automobile Domaine technique de l'invention [0001] La présente invention concerne de manière générale le stockage d'énergie électrique en vue de son utilisation ultérieure. [0002] Elle concerne plus particulièrement un dispositif d'alimentation en courant électrique comportant : - un premier bornier adapté à être connecté à une batterie d'accumulateurs d'un véhicule automobile, et qui comprend une borne de phase, une borne de neutre et une borne de terre, - au moins un second bomier adapté à être connecté à un appareil électrique consommateur de courant, et - une borne de mise à la terre. Etat de la technique [0003] La consommation d'énergie électrique dans un pays varie fortement au cours de la journée, si bien que les centrales génératrices d'énergie électrique doivent être surdimensionnées afin de pouvoir répondre aux besoins d'énergie en cas de pic de consommation. [0004] Pour résoudre ce problème de surdimensionnement, on recherche actuellement des solutions de stockage d'énergie électrique permettant de lisser la production d'énergie en produisant plus d'énergie que nécessaire en période de basse consommation, afin de pouvoir fournir un surplus d'énergie aux moments des pics de consommation. [0005] Une solution de stockage d'énergie consiste à utiliser les batteries d'accumulateurs des véhicules automobiles lorsque ces derniers sont connectés au réseau électrique. En effet, les batteries d'accumulateurs des véhicules électriques et hybrides présentent des capacités généralement élevées pouvant être utilisées par le réseau électrique. [0006] Lorsque le véhicule automobile est connecté au réseau électrique local d'une ha- bitation, il a aussi été imaginé d'utiliser localement la batterie d'accumulateurs de ce véhicule de façon à alimenter directement les appareils électriques connectés à ce réseau électrique local. [0007] En d'autres termes, il est possible de connecter la batterie d'accumulateurs de ce véhicule automobile à des prises de courant standards situées dans l'habitation (directement ou via le tableau électrique de cette habitation). [0008] La difficulté de cette solution est qu'elle nécessite de placer un dispositif de protection électrique dans le véhicule automobile afin d'éviter tout danger électrique 2 pour l'utilisateur, notamment en cas de court-circuit dans l'un des appareils électriques connectés à l'une de ces prises de courant ou en cas de court-circuit dans le véhicule automobile. Présentation de l'invention [0009] La présente invention propose une solution permettant d'assurer une grande sécurité électrique sans avoir pour autant à placer dans le véhicule automobile un quelconque dispositif de protection électrique. [0010] Plus particulièrement, on propose selon l'invention un dispositif d'alimentation tel que défini dans l'introduction, dans lequel il est prévu : - un connecteur qui connecte la borne de neutre (et la borne de terre) du premier bornier à la borne de mise à la terre, - un premier dispositif différentiel résiduel connecté entre le premier bornier et le connecteur, et - un second dispositif différentiel résiduel connecté entre ledit au moins un second bornier et le connecteur. [0011] Selon l'invention, le connecteur permet la mise à la terre du neutre (régime TN) à un endroit judicieusement choisi. [0012] Ainsi, grâce à l'invention, le premier dispositif différentiel résiduel permet de détecter un court-circuit provenant du premier bornicr (c'est-à-dire un court-circuit au niveau du véhicule électrique, qui se traduirait par une connexion entre la phase et la terre). En effet, dans cette éventualité, aucun courant ne sera détecté dans la phase par le premier dispositif différentiel, alors qu'un courant sera détecté dans le neutre, si bien que le premier dispositif différentiel résiduel pourra couper le courant par sécurité. [0013] Le second dispositif différentiel résiduel permettra quant à lui de détecter un court- circuit provenant du second bornicr (c'est-à-dire un court-circuit provenant d'un appareil électrique). En effet, dans cette éventualité aucun courant ne sera détecté dans le neutre par le second dispositif différentiel, alors qu'un courant sera détecté dans la phase, si bien que le second dispositif différentiel résiduel pourra couper le courant par sécurité. [0014] Par conséquent, l'invention permet de placer les moyens de protection contre les chocs électriques non pas dans le véhicule automobile mais dans le dispositif d'alimentation lui-même, tout en assurant une excellent sécurité électrique aussi bien du côté du véhicule automobile que du côté des appareils électriques alimentés par le véhicule automobile. [0015] D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du dispositif d'alimentation conforme à l'invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : 3 - le premier bomier est une prise de courant qui est adaptée à être branchée à un chargeur du véhicule automobile ; - ledit au moins un second bomier est une prise de courant adaptée à recevoir une fiche électrique standard ; - il est prévu plusieurs seconds borniers, et le second dispositif différentiel résiduel est connecté entre, d'un côté, les seconds bomiers, et, de l'autre, le connecteur ; - le premier dispositif différentiel résiduel est connecté au premier bomier via un interrupteur sélectionneur ; - les premier et second dispositifs différentiels résiduels sont des interrupteurs différentiels ; - chaque second bomier de connexion est connecté au second dispositif différentiel résiduel via un disjoncteur ; - il est prévu un tableau électrique qui est connecté au réseau électrique local via au moins un commutateur, le second bornier et la borne de mise à la terre sont intégrés au tableau électrique, et le connecteur est équipé d'un commutateur. [0016] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. Description détaillée de l'invention [0017] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. [0018] Sur les dessins annexés : [0019] [fig.1 J est une vue schématique d'un véhicule automobile connecté à un dispositif dc protection électrique conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; [0020] [fig.21 est une vue schématique homologue à celle dc la figure 1, illustrant le chemin emprunté par le courant en cas de court-circuit dans l'une des prises de courant du dispositif de protection électrique ; [0021] [fig.3] est une vue schématique homologue à celle de la figure 1, illustrant le chemin emprunté par le courant en cas de court-circuit dans le véhicule automobile ; [0022] [fig.4] est une vue schématique d'un véhicule automobile connecté à un dispositif de protection électrique conforme à un second mode de réalisation du l'invention. [0023] En préliminaire, on notera que l'adjectif « connecté » (et ses dérivés) sera employé au sens électrique du terme, deux éléments étant ainsi considérés comme étant connectés ensemble lorsqu'un courant électrique est susceptible de circuler de l'un à l'autre de ces deux éléments. [0024] Ces deux éléments seront qualifiés de « directement connectés » s'ils sont connectés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs conducteurs électriques, sans qu'aucun composant électrique ne s'interpose sur le chemin électrique reliant ces deux éléments. [0025] Sur les figures 1 à 4, on a représenté un véhicule automobile 10. [0026] Il s'agit ici d'une voiture mais il pourrait s'agir de tout autre type de véhicule au- tomobile (camion, moto, bateau...). [0027] Ce véhicule automobile 10 est à propulsion électrique ou hybride. Il comporte donc une batterie d'accumulateurs, ci-après appelée batterie de traction 11, permettant d'alimenter son ou ses moteurs électriques en courant électrique afin d'assurer sa propulsion. [0028] Pour permettre la recharge de cette batterie de traction 11, le véhicule automobile 10 est équipé d'un chargeur 12 ayant des fonctions d'onduleur et de redresseur (suivant le sens du courant qui le traverse), et d'une prise de courant 13. [0029] La prise de courant 13 est notamment conçue pour être branchée au réseau électrique local d'une habitation, de façon à ce que la batterie de traction 11 puisse être rechargée parce réseau électrique local. [0030] Dans le contexte de l'invention, la batterie de traction 11 peut aussi être utilisée, non plus pour puiser de l'énergie électrique sur le réseau électrique local de l'habitation, mais pour en restituer. [0031] Un intérêt de cette solution est de pouvoir charger la batterie de traction 11 lorsque le coût de l'électricité est réduit, et de restituer cette énergie au réseau électrique local lorsque le coût de l'électricité est plus important. [0032] On utilise pour cela un « dispositif d'alimentation électrique » qui se branche à la prise de courant 13 du véhicule automobile 10 et qui permet d'y connecter des appareils consommateurs de courant. Sur les figures 1 et 4, on a représenté deux modes de réalisation d'un tel dispositif d'alimentation électrique 100, 200. [0033] Le dispositif d'alimentation électrique 100 représenté sur la figure 1 correspond à une architecture appelée « véhicule vers charge » (mode V2L), tandis que celui représenté sur la figure 4 correspond à une architecture appelée « véhicule vers habitation » (mode V2H). [0034] On peut tout d'abord s'intéresser au premier mode de réalisation de l'invention, illustré sur les figures 1 à 3. [0035] Dans ce mode de réalisation, le dispositif d'alimentation électrique 100 forme un élément distinct du réseau électrique local de l'habitation, en ce sens qu'il permet d'alimenter en courant électrique les appareils consommateurs de courant sans passer par le tableau électrique de l'habitation. [0036] Ce dispositif d'alimentation électrique 100 comporte ici un boîtier externe 101 à l'intérieur duquel sont logés tous ses autres composants. [0037] Il comporte un bornier d'entrée 110 pour sa connexion électrique au véhicule au- tomobile 10, et au moins un bornier de sortie pour sa connexion à un appareil consommateur de courant. [0038] En pratique, il comporte, en guise de bornier d'entrée 110, une fiche électrique conformée pour se brancher à la prise de courant 13 du véhicule automobile 10. [0039] Cette fiche électrique peut être dédiée au dispositif d'alimentation électrique 100 ou peut être partagée avec la borne de charge (laquelle borne de charge est connectée au réseau électrique local et permet de charger la batterie de traction 11). [0040] Le dispositif d'alimentation électrique 100 comporte en outre, en guise de bornicrs de sortie, trois prises de courant 151, 152, 153 standards qui émergent du boîtier 101 et dans lesquelles peuvent venir se brancher les fiches électriques des appareils électriques consommateurs de courant. [0041] Par « prise de courant standard », on entend une prise de courant à trois bornes électriques, du genre de celle qui est le plus communément utilisée dans le pays concerné. A titre d'exemple, cette prise de courant standard sera en France de type E. Elle présentera un puits de réception d'une fiche électrique, percée de deux ouvertures d'accès à des alvéoles de réception de broches et d'une ouverture de passage d'une broche de terre. [0042] Bien entendu, en variante, le bornier de sortie pourrait se présenter sous une forme différente. Il pourrait par exemple s'agir d'un ensemble de trois dominos ou d'un bornier à trois bornes intégré directement dans un appareil électrique consommateur de courant. [0043] Dans le mode de réalisation ici considéré, le bornier d'entrée 110 et les prises de courant 151, 152, 153 comportent chacun trois bornes dites de phase, de neutre et de terre. [0044] Ils sont ici connectés en parallèle les uns des autres, par des conducteurs électrique de phase PH, de neutre NE et de terre TE. [0045] Le dispositif d'alimentation électrique 100 comporte par ailleurs une borne de mise à la terre 160, qui est spécifiquement conçue pour être connectée à la terre de l'habitation par un fil électrique dédié de gros diamètre. [0046] Cette borne de mise à la terre 160 est directement connectée à la borne de terre du bornier d'entrée 110. [0047] Ici, de façon préférentielle, le dispositif d'alimentation électrique 100 comporte un interrupteur sélectionneur 111. Cet interrupteur sélectionneur Ill est directement connecté à la borne de phase du bornier d'entrée 110. lI permet d'isoler électriquement 6 le véhicule automobile 10 des prises de courant 151, 152, 153 lorsqu'il est actionné. Il comporte un bouton de manoeuvre qui émerge du boîtier 101 de façon à être accessible à l'usager. [0048] Préférentiellement encore, pour assurer la sécurité électrique des appareils consommateurs de courant, chaque prise de courant 151, 152, 153 est équipée d'un disjoncteur 121, 122, 123 qui permet d'isoler électriquement cette prise de courant du véhicule automobile 10 en cas de court-circuit dans l'appareil qui y est connecté. Il s'agit ici de disjoncteurs rnagnétothermiques de type MCB. [0049] La terre de chaque prise de courant 151, 152, 153 est directement connectée à la borne de mise à la terre 160. [0050] Les bornes de phase et de neutre de chaque prise de courant 151, 152, 153 sont en revanche chacune connectées respectivement aux bornes de phase et de neutre du bornier d'entrée 110, via le disjoncteur 121, 122, 123 associé. [0051] Selon l'invention, le dispositif d'alimentation électrique 100 fonctionne selon un régime de neutre TN (également appelé « schéma de liaison à la terre de type TN »), ce qui signifie que le neutre de ses prises de courant 151, 152, 153 est directement connecté à la terre. [0052] Pour cela, le dispositif d'alimentation électrique 100 comporte un connecteur TN qui permet de connecter le neutre NE du bornier d'entrée 110 à la borne de terre de mise à la terre 160. [0053] Selon l'invention, le dispositif d'alimentation électrique 100 comporte en outre deux dispositifs différentiels résiduels (DDR) 130, 140 connectés entre le bornier d'entrée 110 et les prises de courant 151, 152, 153, de part et d'autre de ce connecteur TN. [0054] Chacun de ces deux dispositifs différentiels résiduels 130, 140 comporte deux bornes d'entrée ((le phase et de neutre) et deux bornes de sortie ((le phase et de neutre). [0055] Le premier de ces dispositifs différentiels résiduels 130 est connecté par ses bornes d'entrée aux bornes de phase et de neutre du bornier d'entrée 110, via l'interrupteur sélectionneur 111. [0056] Le second de ces dispositifs différentiels résiduels 140 est connecté par ses bornes de sortie aux bornes de phase et de neutre des trois prises de courant 151, 152, 153, via les disjoncteurs 121, 122, 132. [0057] Les autres bornes de ces deux dispositifs différentiels résiduels 130, 140 sont di- rectement connectées ensemble. [0058] Chacun de ces deux dispositifs différentiels résiduels 130, 140 est conçu pour ouvrir le circuit électrique (et donc bloquer le passage de courant électrique) lorsque l'intensité du courant passant au travers de ses bornes de phase n'est pas égale, à une valeur près (par exemple à 30mA près), à l'intensité du courant passant au travers de ses bornes de neutre. 7 [0059] Ces dispositifs différentiels résiduels 130, 140 sont donc ici des interrupteurs diffé- rentiels, par exemple de type A ou AC. Ils sont conçus pour se déclencher en moins de 50 ms (en 40 ms environ) lorsque l'intensité du courant est comprise entre 5 et 200 A. [0060] Sur la figure 1, les flèches illustrent le sens de circulation du courant dans le dispositif d'alimentation électrique 100 en mode de fonctionnement normal, lorsque trois appareils électriques sont branchés sur les trois prises de courant 151, 152, 153. [0061] On y observe que le courant débité par la batterie de traction 11 est rendu alternatif grâce au chargeur 12, puis qu'il entre dans le dispositif d'alimentation électrique 100 par la phase PH. Il est ensuite distribué aux différentes prises de courant 151, 152, 153 puis il revient par le neutre NE dans le chargeur 12. [0062] L'intensité du courant dans la phase est alors égale à celle dans le neutre au niveau de chacun des deux dispositifs différentiels résiduels 130, 140. Ces derniers ne se déclenchent donc pas, cc qui permet à la batterie de traction 11 d'alimenter en courant les appareils électriques. [0063] Sur la figure 2, les flèches illustrent le sens de circulation du courant dans le dispositif d'alimentation électrique 100 en cas de court-circuit dans l'une des prises de courant (dans la zone H). [0064] On y observe que le courant distribué à la borne de phase de cette prise de courant 153 passe directement à la borne de terre de cette prise de courant 153, puis qu'il est renvoyé vers la batterie de traction 11 en passant par le connecteur TN. [0065] Les intensités du courant dans la phase PH et dans le neutre NE sont alors égales au niveau du premier dispositif différentiel résiduel 130, mais elles sont différentes au niveau du second dispositif différentiel résiduel 140. Ce dernier se déclenche alors, ce qui permet d'isoler la batterie de traction 11 des appareils électriques. [0066] Sur la figure 3, les flèches illustrent le sens de circulation du courant dans le dispositif d'alimentation électrique 100 en cas de court-circuit dans le véhicule automobile 10 (dans la zone III). [0067] On y observe que le courant distribué à la borne de phase de la prise de courant 13 passe directement à la borne de terre de cette prise de courant 13, puis qu'il est renvoyé vers la borne de neutre en passant par le connecteur TN. [0068] Les intensités du courant dans la phase PH et dans le neutre NE sont alors égales (et nulles) au niveau du second dispositif différentiel résiduel 140, mais elles sont différentes au niveau du premier dispositif différentiel résiduel 130. Ce dernier se déclenche alors, ce qui permet d'isoler la batterie de traction 11 des appareils électriques. [0069] On peut maintenant s'intéresser au second mode de réalisation de l'invention, illustré sur la figure 4. [0070] Dans ce mode de réalisation, le dispositif d'alimentation électrique 200 fait partie in- 8 tégrante du réseau électrique local de l'habitation. [0071] Ce dispositif d'alimentation électrique 200 pourrait ainsi être intégré au tableau électrique 280 de l'habitation ou à la borne de charge 201 du véhicule automobile 10. [0072] On considérera ici que le tableau électrique 280 et la borne de charge 201 forment un ensemble monobloc, qui intègre le dispositif d'alimentation électrique 200. [0073] Classiquement, le tableau électrique 280 comporte intérieurement des interrupteurs différentiels et des disjoncteurs permettant de protéger les appareils électriques qui y sont connectés en régime de neutre TT (en variante, en fonction de la législation du pays concerné, il pourrait en être autrement). Chaque disjoncteur comporte deux bornes d'entrée (de phase et de neutre) et deux bornes de sortie (de phase et de neutre). [0074] Des prises de courant 41, 42, 43, ici au nombre de trois, sont alors connectées di- rectement aux bornes de sortie de l'un de ces disjoncteurs 282 par leurs homes de phase et de neutre. [0075] Le tableau électrique 280 comporte par ailleurs une barrette de terre 283 qui comprend une borne de mise à la terre 281 connectée directement à la terre (via par exemple un piquet de terre). Les bornes de terre des prises de courant 41, 42, 43 sont alors connectées à cette barrette de terre 283. [0076] Ce tableau électrique 280 est alimenté en courant par un réseau de distribution 20. Ici, ce tableau électrique 280 est prévu pour pouvoir être isolé de ce réseau de distribution 20 par deux commutateurs (des relais commandés 21, 22). [0077] La borne de charge 201 comporte pour sa part des composants électroniques (non re- présentés) permettant de charger la batterie de traction 11 en puisant l'énergie électrique sur le réseau de distribution 20. [0078] Le dispositif d'alimentation électrique 200, qui est intégré au tableau électrique 280 et à cette borne de charge 201, permet ici encore d'alimenter en courant électrique les prises de courant 41, 42, 43 en puisant l'énergie électrique dans la batterie de traction 11 du véhicule automobile 10. [0079] 11 comporte à cet effet un bomier d'entrée 211 pour sa connexion électrique au véhicule automobile 10, qui est le même que celui permettant de connecter la borne de charge 201 au véhicule automobile. Ce bomier d'entrée 211 est identique au bomier d'entrée 110 représenté sur les figures 1 à 3. Sa borne de terre est connecté à la barrette de terre 283, tandis que ses bornes de phase et de neutre sont connectées aux bornes d'entrée du disjoncteur 282. [0080] Le dispositif d'alimentation électrique 200 comporte également un bomier de sortie pour sa connexion électrique aux prises de courant 41, 42, 43. Ce bornier de sortie est formé par les bornes de sortie du disjoncteur 282 et par la barrette de terre 283. [0081] Le dispositif d'alimentation électrique 200 comporte également un connecteur TN qui permet de connecter le neutre NE à la terre TE. 9 [0082] Dans le cas où les prises de courant 41, 42, 43 ne seraient pas connectées au réseau de distribution 20, cc connecteur TN pourrait être formé par un simple fil électrique. [0083] Toutefois, ici, on considérera que les prises de courant 41, 42, 43 peuvent aussi bien être alimentées par le réseau de distribution 20 que par la batterie de traction 11. [0084] Le connecteur TN est alors avantageusement équipé d'un relais commandé 210 qui est prévu pour s'ouvrir lorsque les relais commandés 21, 22 se ferment (auquel cas les prises de courant 41, 42, 43 seront alimentés par le réseau de distribution 20) et pour se fermer lorsque les relais commandés 21, 22 s'ouvrent (auquel cas les prises de courant 41, 42, 43 seront alimentés par le dispositif d'alimentation électrique 200, d'une façon homologue de celle décrite en référence aux figures 1 à 3). [0085] Le dispositif d'alimentation électrique 200 comporte enfin deux dispositifs diffé- rentiels résiduels 230, 240. [0086] La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et re- présentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l' invention. [0087] A titre d'exemple, dans une variante du premier mode de réalisation, on pourra prévoir de supprimer les disjoncteurs 121, 122, 123. Dans cette variante, l'un au moins des deux dispositifs différentiels résiduels 130, 140 utilisés sera alors un disjoncteur différentiel capable d'ouvrir le circuit en cas de surintensité. [0088] Encore en variante, on pourra prévoir d'utiliser une alimentation électrique non pas monophasée mais triphasée. Dans cette variante, les deux dispositifs différentiels résiduels 130, 140 comporteront chacun quatre bornes d'entrée et quatre bornes de sortie (trois pour les phases et une pour le neutre). [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7]