Brevet FR3089893A1 — publié le 20200619

Description Titre de l'invention : Système de commande d'alimentation autonome de charges pour un véhicule automobile Domaine technique [0001] L'invention a pour domaine technique la charge des véhicules électriques et plus par- ticulièrement la charge réversible de tels véhicules. Etat de la technique antérieure [0002] Pour recharger un véhicule électrique, on connecte généralement une embase dc charge présente sur le véhicule électrique à une borne de charge par l'intermédiaire d'un câble de charge. [0003] Une évolution du véhicule électrique consiste à intégrer des modes de fonc- tionnement Véhicule au Réseau V2G (Acronyme anglophone pour « Vehicle-to-grid ») et Véhicule aux Charges V2L (Acronyme anglophone pour « Vehicle-to-loads ») de sorte que le véhicule électrique puisse être utilisé comme une batterie. Lors d'une demande du réseau, ou pour alimenter des charges, on commande alors la décharge de la batterie du véhicule électrique vers le réseau électrique, dans le mode V2G, ou vers des charges, dans le mode V2L à travers un chargeur réversible embarqué ou une borne de charge. [0004] Le mode de fonctionnement V2G, et plus généralement les modes de fonctionnement V2X comprennent des moyens de communication de données entre le véhicule et la borne de charge afin de commander la décharge de la batterie du véhicule selon les besoins. [0005] Dans le mode V2L, les charges sont connectées soit à des prises intégrées au véhicule, soit directement ou indirectement à la borne de charge du véhicule. [0006] Dans le premier cas, l'utilisateur doit indiquer qu'il veut alimenter ces charges afin de déclencher le mode V2L. [0007] Dans le deuxième cas, similaire au mode de fonctionnement V2G, la borne de charge à laquelle les charges sont connectées communique avec le véhicule par l'intermédiaire de la connexion de données. [0008] Toutefois, dans le but de démocratiser le véhicule électrique et ses applications de charge bidirectionnelle, il est nécessaire de diminuer le coût des équipements connexes. Dans le cas du mode de fonctionnement V2L, le coût des équipements participant à la connexion/communication de données est important. [0009] Sur la figure I. on peut voir une vue de face d'une prise d'un câble de charge d'un véhicule électrique comprenant sept connecteurs, référencés LI, L2, L3, N, PE, CP et PP selon l'état de la technique. Une telle prise est destinée à coopérer avec une prise 2 complémentaire sur une embase de charge d'un véhicule électrique ou sur une borne de charge. [0010] Les connecteurs Ll, L2, L3, N et PE permettent d'assurer le transfert électrique. Les connecteurs Li, L2 et L3 correspondent aux phases électriques, le connecteur N au neutre électrique et le connecteur PE à la masse. [0011] Ensemble, les connecteurs CP de contact pilote et les connecteurs PP de contact de proximité ou CS de contact de connexion permettent d'assurer les fonctions de communication entre la borne de charge et le véhicule électrique. [0012] Plus précisément, le connecteur PP est utilisé pour indiquer le calibre du câble de charge grâce à une résistance Rc connectée entre les connecteurs PP et PE d'une même prise du câble de charge. La valeur de la résistance Rc est déterminée par le véhicule et par la borne de charge de chaque côté du câble. [0013] En plus des exigences listées plus haut, le mode de fonctionnement V2L autonome, doit pouvoir permettre une utilisation sans recours à la borne de charge. Toutefois, la borne de charge comprend, lors de la charge, des fonctions autres que la simple fourniture d'énergie. Si on se réfère à la figure 2, on peut voir illustré le circuit électrique selon l'état de la technique impliquant le connecteur CP de contact pilote. Ce circuit est réparti entre la borne de charge 1 et une électronique de commande 4 du véhicule électrique 2, connectés par un câble de charge 3 et est alimenté par une alimentation +/-12V située dans la borne de charge. L'électronique de commande 4 détermine une tension Vb en fonction des signaux portés par le connecteur CP à destination de moyens de commande 5 du véhicule électrique. L'électronique de commande 4 du véhicule électrique 2 ne comprend que des éléments passifs à l'exception de l'interrupteur 52. L'électronique de commande 4 comprend deux résistances R2 et R3 connectées en parallèle de sorte à former des ponts diviseurs de tension. La deuxième résistance R2 est connectée en série avec un interrupteur S2 permettant d'activer ou de désactiver la résistance R2 dans le pont. En choisissant judicieusement les valeurs des résistances R2 et R3, on peut ainsi obtenir des valeurs de tension Vb nettement différentes pour une même tension d'entrée. Les masses de la borne de charge et de l'électronique de commande 4 sont connectées ensemble par l'intermédiaire du connecteur PE du câble de charge 3. [0014] 11 apparaît ainsi que le connecteur CP est alimenté et polarisé par la borne de charge 1 dans l'état de la technique. [0015] Toutefois, un mode de fonctionnement V2L autonome ne faisant pas appel à une borne de charge ne peut pas polariser le connecteur CP de cette façon car il faudrait ajouter notamment une source d'énergie dans l'équipement externe, ce qui constitue un problème technique supplémentaire à résoudre. [0016] 11 existe donc un besoin pour un mode de fonctionnement V2L d'un véhicule 3 électrique dépourvu de connexion de données avec le véhicule, ne faisant pas appel à une borne de charge mais utilisant l'embase de charge et le connecteur de charge présent. [0017] De l'état de la technique on connaît les documents W02013-65374, W02013-065380 et JP2013-165610 présentant différentes solutions V2L. Elles utilisent toutes un équipement d'alimentation d'un véhicule électrique EVSE (acronyme anglophone pour « Electric Vehicle Supply Equipement ») et un système de gestion d'énergie domestique HEMS (acronyme anglophone pour « Home Encrgy Management System ») pour alimenter les charges externes au véhicule. La détection du mode V2L se fait via un signal CP, également dit Control Pilot, généré par l'équipement d'alimentation d'un véhicule électrique EVSE. [0018] Le problème technique demeure inchangé. Exposé de l'invention [0019] L'invention a pour objet un système de commande d'alimentation autonome de charges pour un véhicule automobile muni d'un chargeur embarqué bidirectionnel et d'une batterie, comprenant une interface de connexion de charges connectée à un câble de charge spécifique (30) et une embase de charge spécifique disposée dans le véhicule automobile, [0020] l'embase de charge spécifique est connectée à une électronique de commande, elle- même connectée à un moyen de commande, l'interface de connexion de charges étant configurée pour accepter la connexion d'au moins une charge à alimenter, le moyen de commande étant apte à commander le chargeur embarqué bidirectionnel de sorte à décharger la batterie dans l'embase de charge spécifique lorsqu'il détermine qu'un câble de charge spécifique est connecté à l'interface de charge spécifique. [0021] Le système peut comprendre une source de tension auxiliaire connectée à l'embase de charge spécifique et dans lequel le câble de charge spécifique comprend au moins un moyen de commande, [0022] l'embase de charge spécifique étant munie d'interrupteurs commandés, [0023] un premier interrupteur commandé étant connecté par une borne à la source de tension auxiliaire et par l'autre borne à une borne d'un deuxième interrupteur commandé et à l'électronique de commande, l'autre borne du deuxième interrupteur commandé étant connectée à un premier connecteur de l'embase de charge spécifique, [0024] les interrupteurs commandés étant configurés pour être commandés lorsque le câble de charge spécifique comprenant un moyen de commande est connecté à l'embase de charge spécifique, de sorte à transmettre à l'électronique de commande, le signal issu de la source de tension auxiliaire à la place du signal reçu du premier connecteur de l'embase de charge spécifique. 100251 Le moyen de commande peut être un aimant. et les interrupteurs commandés des in- terrupteurs à lame souple. [0026] Le moyen de commande peut être un ergot de détrompage et les interrupteurs commandés des interrupteurs à butée. [0027] L'électronique de commande peut comprendre une première résistance connectée en parallèle à un ensemble comprenant une deuxième résistance connectée en série à un interrupteur, connectés en entrée au premier connecteur et à un deuxième connecteur de r embase de charge spécifique et connectés en sortie au moyen de commande du véhicule automobile et à la masse, [0028] pour déterminer qu'un câble de charge spécifique est connecté à l'interface de charge spécifique, le moyen de commande peut être configure pour réaliser les étapes suivantes : [0029] on détermine une première valeur de la tension en entrée du moyen de commande du véhicule automobile ainsi que la présence d'une modulation en largeur d'impulsion de la tension en entrée du moyen de commande du véhicule automobile, [0030] on détermine si la première valeur est égale à la tension de la source auxiliaire de tension et si aucune modulation en largeur d'impulsion n'est présente, [0031] si tel est le cas, on commande la commutation de l'interrupteur puis on détermine une deuxième valeur de la tension en entrée du moyen de commande du véhicule automobile, [0032] si la deuxième valeur est égale à la tension de la source auxiliaire de tension, on détermine qu'un câble de charge spécifique est connecté à l'interface de charge spécifique. [0033] Un troisième connecteur du câble de charge spécifique peut être connecté à une ré- sistance de câble elle-même connectée au deuxième connecteur du câble de charge relié à la masse, [0034] pour déterminer qu'un câble de charge spécifique est connecté à l'interface de charge spécifique, le moyen de commande peut être configuré pour réaliser les étapes suivantes : [0035] on mesure la tension entre le troisième connecteur et le deuxième connecteur, [0036] on détermine la valeur de la résistance de câble en fonction de la tension mesurée entre le troisième connecteur et le deuxième connecteur, [0037] on détermine si la valeur de la résistance de câble est égale à une valeur spécifique mémorisée. [0038] Le véhicule automobile peut être un véhicule électrique ou hybride. Brève description des dessins [0039] D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : [0040] [fig.1] illustre une vue de face d'une prise de recharge d'un véhicule électrique, [0041] [fig.2] illustre les principaux éléments d'un circuit électrique impliquant un connecteur de contact pilote, répartis entre la borne de charge et le véhicule électrique, et [0042] [fig.3] illustre les principaux éléments d'un système de commande d'alimentation autonome de charges selon l'invention. Description détaillée [0043] Le système de commande d'alimentation autonome de charges proposé comprend une interface de connexion de charges et un câble de charge spécifique pouvant être connectés à une embase de charge spécifique disposée dans un véhicule électrique. [0044] Afin de limiter les composants présents dans l'interface de connexion de charges, elle ne comprend pas d'alimentation interne. Pour permettre le fonctionnement du système, on utilise les signaux portés par les connecteurs PP et CP du câble de charge afin de générer des signaux attendus par le moyen de commande du véhicule automobile. [0045] De l'utilisation de ces signaux découlent plusieurs modes de réalisation qui vont être décrits ci-dessous et qui peuvent être utilisés séparément ou en combinaison en fonction du niveau de sécurité (redondance) souhaité ainsi que du compromis technicoéconomique et du niveau de fiabilité requis. [0046] Un premier mode de réalisation est basé sur l'utilisation du signal porté par le connecteur PP. [0047] Comme on l'a vu en introduction, dans l'état de la technique, chaque connecteur PP du câble de charge 3 est connecté en série à une résistance Re elle-même connectée au connecteur PE du câble de charge. La résistance Re prend différentes valeurs en fonction du calibre du câble de charge, c'est-à-dire de la tension et des courants admissibles par le câble de charge. Grâce à la source de tension (généralement de 5V) alimentant cette résistance Re, il est alors possible de déterminer la valeur de la résistance Re en mesurant la tension entre le connecteur PP et le connecteur PE relié lui-même à la masse. Chaque valeur de la résistance Rc permet d'indiquer les paramètres à adopter à la borne de charge et au véhicule électrique en fonction de cartographies prédéterminées et mémorisées. [0048] Dans le premier mode de réalisation, les inventeurs proposent d'introduire une valeur de la résistance Re spécifiquement associée aux paramètres de fonctionnement de l'interface de connexion de charges 50. Une telle valeur peut être égale, par exemple, à 6 3800hms avec une tolérance de 3%. [0049] Ainsi, lorsque l'on détermine qu'un câble de charge comprenant une résistance Rc égale à la nouvelle valeur, est connecté à l'embase de charge spécifique 40 du véhicule électrique, on détermine qu'il s'agit d'un câble de charge spécifique 30 connecté à une interface de connexion de charges 50. On commande alors le véhicule électrique dans un mode de fonctionnement V2L. [0050] Un deuxième mode de réalisation et un troisième mode de réalisation, sont basés sur le signal porté par le connecteur CP. [0051] Dans l'état de la technique, la tension VI) perçue par une électronique de commande 4 du véhicule électrique 20 dépend du signal reçu sur le connecteur CP de l'embase de charge sur laquelle le câble de charge 3 est connecté et de l'état d'un interrupteur de l'électronique de commande 4 du véhicule électrique. Cette tension prend généralement des valeurs discrètes de tension, généralement égales à -12V, OV, 6V, 9V ou 12V. Il est à noter que l'électronique de commande 4 de l'invention est similaire ou identique à l'électronique de commande 4 de l'état de l'art. [0052] La tension Vb peut également dépendre de la fréquence de modulation en largeur d'impulsion PWM (acronyme anglophone pour « Pulse Width Modulation ») du signal porté par le connecteur CP et créé par la source Vg de signal PWM. Cette fréquence est généralement liée à la capacité en courant de la borne de charge. [0053] La figure 3 illustre les principaux éléments d'un système de commande d'alimentation autonome de charges selon l'invention. [0054] Comme on peut le voir, le véhicule électrique 20 est connecté à un câble de charge spécifique 30, connecté lui-même à une interface de connexion de charge 50. Le véhicule électrique 20 comprend une embase de charge spécifique 40, une électronique de commande 4 similaire à celle de l'état de la technique antérieure, connectée en sortie à un moyen de commande 5 du véhicule électrique. L'électronique de commande 4 selon l'état de la technique émet en sortie une tension Vb à destination du moyen de commande 5 du véhicule électrique. Cette tension peut être modulée en fonction de l'état de l'interrupteur S2 et des valeurs des résistances R2 et R3. [0055] En plus des éléments de l'état de la technique, le véhicule électrique est muni d'une source auxiliaire de tension 44 apte à délivrer une tension spécifique différente des tensions Vb communément attendues définies ci-dessus, notamment une tension spécifique de 5V. [0056] Plus précisément, on peut voir que le câble de charge spécifique 30, similaire à un câble de charge 3 de l'état de la technique, est modifié de sorte à comprendre un moyen de commande 32 disposé au niveau du connecteur 31 destiné à être coopérer avec un connecteur complémentaire de l'embase de charge spécifique 40 du véhicule électrique. 7 [0057] On peut voir que r embase de charge spécifique 40 est similaire à une embase de charge selon l'état de la technique modifiée de sorte à comprendre des interrupteurs commandés 41,42, commandés par le moyen de commande 32, de sorte à substituer le signal fourni par la source auxiliaire de tension 44 au signal porté par le connecteur CP lorsqu'un câble de charge spécifique 30 est connecté et à maintenir le fonctionnement attendu selon l'état de la technique lorsqu'un câble de charge 3 selon l'état de la technique est connecté. [0058] La source auxiliaire de tension 44 comprend une source de tension 47 connectée en série à la masse et à une résistance 46. La résistance 46 est connectée à une borne d'un premier interrupteur commandé 41. L'autre borne du premier interrupteur commandé 41 est connectée à une borne d'un deuxième interrupteur commandé 42 et à une première entrée de l'électronique de commande 4. [0059] L'autre borne du deuxième interrupteur commandé 42 est connectée au connecteur CP de l'embase de charge spécifique 40. [0060] La deuxième entrée de l'électronique de commande 4 est connectée au connecteur PE. L'électronique de commande 4 émet en sortie une tension Vb. [0061] Par défaut, le premier interrupteur commandé 41 est en position non passante tandis que le deuxième interrupteur commandé 42 est en position passante. Ainsi, le signal provenant du connecteur CP est transmis à l'électronique de commande 4 et le signal provenant de la source auxiliaire de tension 44 ne lui est pas transmis. [0062] Lorsque le moyen de commande 32 actionne les interrupteurs commandés 41,42, le premier interrupteur 41 commandé devient passant tandis que le deuxième interrupteur commandé 42 devient non passant. Ainsi le signal provenant du connecteur CP n'est plus transmis à l'électronique de commande 4 et le signal provenant de la source auxiliaire de tension 44 lui est substitué. [0063] En d'autres termes, dans ces modes de réalisation, on ajoute un moyen de commande 32 au niveau du connecteur du câble de charge de sorte à actionner l'ouverture ou la fermeture de deux interrupteurs commandés 41,42 placés dans l'embase de charge spécifique 40 du véhicule. [0064] Le moyen de commande 5 du véhicule reçoit la tension Vb déterminée par l'électronique de commande 4. En fonction de la valeur de la tension Vb et d'une cartographie mémorisée des paramètres de fonctionnement pour chaque valeur Vb, le moyen de commande 5 est capable de déterminer le mode de fonctionnement requis et les paramètres de fonctionnement adaptés, notamment le mode de fonctionnement V2L. [0065] Pour détecter que le mode de fonctionnement V2L est requis, le moyen de commande 5 détermine une première valeur de la tension Vb ainsi que la présence d'une modulation PWM de la tension Vb. 8 [0066] Si le moyen de commande 5 détermine que la première valeur est égale à 5V et qu'aucune modulation PWM n'est présente, il commande la commutation de l'interrupteur S2 puis la détermination d'une deuxième valeur de la tension Vb. [0067] Si la deuxième valeur est égale à 5V, il commande le fonctionnement en mode V2L. [0068] Dans le deuxième mode de réalisation, le moyen de commande 32 est un aimant et les premier et deuxième interrupteur 41,42 sont des interrupteurs à lame souple. Les interrupteurs à lame souple sont configurés pour être commandés lorsque le câble de charge spécifique 30 comprenant un aimant comme moyen de commande 32 est connecté à l'embase de charge. [0069] Dans le troisième mode de réalisation, le moyen de commande 32 est un ergot de dé- trompage et les premier et deuxième interrupteur 41,42 sont des interrupteurs à butée. Les interrupteurs à butée sont configurés pour être commandés lorsque le câble de charge spécifique 30 comprenant un ergot de détrompage comme moyen de commande 32 est connecté à l'embase de charge. [0070] L'utilisation d'un ergot de détrompage implique la présence d'une cavité corres- pondante dans l'embase de charge dans laquelle l'interrupteur de buté est installé. L'emploi d'un ergot de détrompage présente ainsi l'avantage d'une incompatibilité avec une embase non munie d'une telle cavité, de sorte qu'un câble de charge spécifique relié à une interface de connexion de charges 50 ne peut être employé sur une embase de charge qui n'est pas munie de fonction V2L décrites ci-dessus. Dans un tel cas, les connecteurs CP et PP ne peuvent être physiquement connectés avec les connecteurs correspondants de l'embase. [0071] La détection du câble de charge spécifique 30 connecté à l'interface de connexion de charges 50 dans les modes de réalisation décrits précédemment permet de s'affranchir d'un système de génération de signal modulé en largeur d'impulsion PWM et d'une carte de communication digitale coûteuse dans l'interface de connexion de charges 50. Ainsi, dès la détection de la présence du câble de charge spécifique à l'interface de connexion de charges 50, on commande une décharge du véhicule électrique en mode déconnectée du réseau. Le chargeur réversible embarqué dans le véhicule électrique génère une tension alternative (230/400V) à la fréquence du réseau (50Hz), afin d'alimenter en courant les équipements branchés sur l'interface de connexion de charges 50 connecté au véhicule par le câble de charge spécifique. [0072] Le système de commande d'alimentation autonome de charges a été décrit ci-dessus en référence aux véhicules électriques. Toutefois, il apparaîtra clairement à l'homme du métier que l'invention concerne également les véhicules hybrides et plus généralement, les véhicules munis d'un chargeur embarqué bidirectionnel et d'une embase de charge sur laquelle un câble de charge peut être connecté. 9 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4]