Brevet FR3100939A1 — publié le 20210319

Système interdisant la charge d’un véhicule au-delà d’un niveau de charge L'invention concerne un système de charge pour un véhicule électrique ou hybride comportant : - une borne de charge connectée à un réseau d’alimentation électrique, - un cordon de charge connecté à ladite borne de charge et apte à être branché sur ledit véhicule électrique ou hybride pour recharger une batterie de traction dudit véhicule, caractérisé en ce que ledit système de charge comporte des moyens de lecture (CO) d’un niveau de charge de ladite batterie de traction, et en ce qu’il comporte des moyens (PB) aptes à bloquer mécaniquement le branchement dudit cordon de charge sur ledit véhicule lorsque ledit niveau de charge est supérieur à un premier seuil prédéterminé. Figure pour l’abrégé : Figure 3 Système interdisant la charge d’un véhicule au-delà d’un niveau de charge La présente invention se rapporte de manière générale aux domaines de l’automobile et de l’électricité, et concerne plus précisément un système de charge pour un véhicule électrique ou hybride rechargeable. Les véhicules électriques ou hybrides bénéficient d’emplacements de stationnement dédiés leur permettant de se recharger. Ces emplacements, notamment ceux comportant une borne de recharge rapide, sont généralement réservés aux véhicules en charge et la durée de stationnement y est limitée à quelques heures. Cependant ces emplacements dédiés sont fréquemment monopolisés par des véhicules électriques ou hybrides n’ayant pas un besoin urgent de recharge. C’est typiquement le cas lorsque la batterie de traction d’un de ces véhicules présente un niveau de charge supérieur à 80%, car la puissance de charge est souvent limitée au-dessus de ce niveau de charge, de telle sorte qu’une borne de charge ordinaire de puissance moindre suffit à recharger complètement un tel véhicule. Il est à noter qu’on appelle dans cette demande « batterie de traction », une batterie d’accumulateurs de puissance assez importante pour assurer la traction ou la propulsion d’un véhicule électrique ou hybride. La tension d’une batterie de traction atteint par exemple 400V lorsqu’elle est complètement chargée. Un autre cas de figure est celui où un utilisateur stationne sur une place réservée à la recharge rapide sans brancher son véhicule, ou en branchant son véhicule à la borne de recharge rapide sans activer de charge. Une solution serait pour la borne de recharge, de refuser la recharge d’un véhicule électrique ou hybride lorsque le niveau de charge de sa batterie de traction dépasse un seuil de 80% par exemple, en utilisant la norme ISO15118 (d’après l’anglais « International Organization for Standardization ») décrivant la communication entre la borne de charge et le véhicule. Cependant l’utilisation de cette norme suppose que le véhicule soit branché à la borne de charge, et qu’une phase d’initialisation de la charge ait lieu afin que la borne puisse déduire indirectement le niveau de charge du véhicule par la puissance de charge acceptée par celui-ci. Or, cette phase d’initialisation verrouille le cordon de charge. De plus, une fois le cordon de charge branché, il est difficile pour l’utilisateur ou un tiers de constater une interdiction de charge. Enfin la plupart des bornes ne sont pas compatibles avec la norme ISO15118. Il existe donc un besoin de dissuader un utilisateur d’un véhicule électrique ou hybride de stationner sur un emplacement réservé à la recharge rapide lorsqu’il n’a pas de réelle nécessité d’utiliser une recharge rapide. Un des buts de l'invention est de remédier à au moins une partie des inconvénients de la technique antérieure en fournissant un système de charge et un véhicule, qui empêchent le branchement du véhicule sur une borne de charge rapide dès que le niveau de charge de la batterie de traction du véhicule est supérieur à un seuil. A cette fin, l'invention propose un système de charge pour un véhicule électrique ou hybride rechargeable comportant : - une borne de charge connectée à un réseau d’alimentation électrique, - un cordon de charge connecté à ladite borne de charge et apte à être branché sur ledit véhicule électrique ou hybride pour recharger une batterie de traction dudit véhicule, caractérisé en ce que ledit système de charge comporte des moyens de lecture d’un niveau de charge de ladite batterie de traction, et en ce qu’il comporte des moyens aptes à bloquer mécaniquement le branchement dudit cordon de charge sur ledit véhicule lorsque ledit niveau de charge est supérieur à un premier seuil prédéterminé. Grâce à l’invention, l’utilisateur du véhicule ne pourra pas se brancher sur la borne de recharge lorsqu’il n’en aura pas de réelle nécessité, ce qui le dissuadera de stationner à l’emplacement de la borne de charge, libérant ainsi la place pour un autre véhicule ayant besoin de se recharger rapidement. De plus, quand bien même l’emplacement reste occupé par l’utilisateur, le cordon n’étant pas branché, un autre utilisateur pourra utiliser la borne de recharge. Selon une caractéristique avantageuse du système selon l’invention, lesdits moyens de lecture utilisent un capteur d’ondes lumineuses, sonores ou électromagnétiques. Ainsi la lecture du niveau de charge ne nécessite pas le branchement préalable du véhicule à la borne de charge, ni de modification de la norme ISO15118. Selon une autre caractéristique avantageuse, le système selon l’invention comporte en outre des moyens de notification à l’utilisateur du véhicule d’une interdiction de recharger ou de stationner ledit véhicule. Cela permet de dissuader encore l’utilisateur de rester à l’emplacement de la borne de recharge. Selon encore une autre caractéristique avantageuse, le système selon l’invention comporte en outre des moyens de détection d’un véhicule stationné mais non branché à ladite borne de charge, et des moyens d’envoi de ladite détection à un gestionnaire de charge appliquant une facturation spécifique audit véhicule lorsque celui-ci est stationné mais non branché à ladite borne de charge. Cette caractéristique permet de sanctionner le stationnement abusif sur l’emplacement réservé à la recharge rapide et donc de dissuader de ce type d’abus. Selon encore une autre caractéristique avantageuse, le système selon l’invention comporte en outre des moyens de notification à l’utilisateur du véhicule d’une facturation spécifique pour le stationnement dudit véhicule lorsque celui-ci n’est pas branché à ladite borne de charge. Cette caractéristique renforce le caractère dissuasif du système selon l’invention. Selon encore une autre caractéristique avantageuse, le système selon l’invention comporte des moyens d’arrêt d’une charge dudit véhicule dès que ledit niveau de charge devient supérieur à un deuxième seuil prédéterminé. Ainsi, même lorsque le niveau de charge initial du véhicule autorise la recharge rapide de celui-ci, le système de charge libère la borne de charge rapide dès que le niveau de charge atteint par la batterie du véhicule permet à celui-ci de compléter éventuellement sa charge sur une borne de charge lente sans préjudice réel par rapport aux besoins de mobilité du véhicule. Cela permet donc encore une meilleure adéquation des bornes de charge utilisées selon l’état de charge des batteries des véhicules électriques ou hybrides. Alternativement, le système selon l’invention comporte des moyens d’arrêt d’une charge dudit véhicule dès que la puissance de charge devient inférieure à un seuil de puissance prédéterminé. Cette alternative présente les mêmes avantages que la caractéristique précédente, et est applicable par utilisation de la norme ISO15118. Préférentiellement, lesdits moyens d’arrêt activent des moyens de notification à l’utilisateur du véhicule de la disponibilité de celui-ci. Ainsi l’utilisateur sera incité à libérer plus tôt l’emplacement réservé à la charge rapide. L'invention concerne aussi un véhicule électrique ou hybride rechargeable, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens d’envoi d’ondes lumineuses, sonores ou électromagnétiques représentatives d’un niveau de charge de sa batterie de traction. Avantageusement, lesdits moyens d’envoi du véhicule selon l’invention sont activés par l’ouverture de la trappe de charge dudit véhicule. Le véhicule selon l’invention présente des avantages analogues à ceux du système de charge selon l’invention. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture d’un mode de réalisation préféré décrit en référence aux figures dans lesquelles : représente un système de charge selon l'invention et un véhicule selon l’invention, dans ce mode préféré de réalisation, représente une prise de charge sur le véhicule selon l’invention, dans ce mode préféré de réalisation, représente un embout d’un cordon de charge du système de charge selon l’invention, dans ce mode préféré de réalisation, et représente une coupe longitudinale de cet embout, dans ce mode préféré de réalisation. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention représenté à la figure 1 , le système de charge SC selon l’invention comporte une borne de charge BC. La borne de charge BC est connectée électriquement à un réseau d’alimentation électrique monophasé ou triphasé. Elle comporte une électronique de commande ECU. Cette électronique de commande ECU est interfacée avec des moyens d’identification d’un utilisateur, tels qu’un lecteur de badge, ainsi qu’avec une interface matérielle et logicielle (non représentée) permettant la communication de données avec un gestionnaire de charge GC. Typiquement le gestionnaire de charge GC authentifie l’utilisateur et renvoie une autorisation ou une interdiction de charge à la borne de charge BC en fonction de l’abonnement de l’utilisateur. La borne de charge BC comporte également divers convertisseurs de puissance, notamment un convertisseur permettant l’alimentation en basse tension de l’électronique de commande ECU, ainsi qu’éventuellement un convertisseur courant alternatif-courant continu pour permettre la charge rapide en courant continu d’un véhicule électrique ou hybride. La borne de charge BC est connectée également à au moins un cordon de charge CC pour la charge de véhicules électriques ou hybrides. Le cordon de charge CC est par exemple un cordon de charge rapide pour la charge en courant continu, ou un cordon de charge rapide pour la charge en courant triphasé ou monophasé. Dans cet exemple d’utilisation de l’invention, on suppose que le cordon de charge CC est un cordon de charge de type 2 (selon la norme « NF EN 62196-2 »). Ce cordon de charge CC présente un embout EC apte à être branché sur une prise de charge d’un véhicule électrique ou hybride conforme à cette même norme. Dans cet exemple d’utilisation de l’invention, on considère que l’emplacement de stationnement correspondant à la borne de charge BC est occupé par un véhicule électrique VE selon l’invention. La prise de charge PC du véhicule VE selon l’invention comporte des contacts électriques complémentaires de ceux du cordon de charge CC de type 2, comme représenté sur la figure 2 . Une trappe de charge TC permet de protéger ces contacts électriques en dehors des phases de charge du véhicule VE. Elle s’ouvre par une action de l’utilisateur initiant une phase de charge, par exemple par appui sur la trappe de charge TC en position fermée. Selon l’invention, le véhicule VE comporte également des moyens d’envoi de signaux représentatifs du niveau de charge de la batterie de traction du véhicule VE, appelé aussi SOC (« State of Charge »). Ces moyens sont de préférence situés à proximité immédiate de la prise de charge PC du véhicule VE, par exemple à moins de 20 cm (centimètres) de celle-ci. Dans cet exemple de réalisation de l’invention, les moyens d’envoi du véhicule sont des diodes lumineuses DL situées à la périphérie de la prise de charge PC. Ces diodes lumineuses envoient une lumière différente en fonction du niveau de charge du véhicule VE. Lorsque ce niveau de charge est inférieur à un premier seuil de 80% les diodes lumineuses émettent par exemple une lumière bleue, et lorsqu’il est supérieur à 80%, elles émettent une lumière rouge. La commande des diodes est pilotée par un calculateur dans le véhicule VE en fonction du niveau de charge qu’il reçoit du gestionnaire de la batterie de traction, appelé aussi BMS (d’après l’anglais « Battery Management System »). Ces moyens d’envoi sont activés de préférence à la réception d’un signal du détecteur d’ouverture de la trappe de charge TC signalant une telle ouverture, et sont désactivés à la fermeture de la trappe de charge TC. Cela permet d’économiser l’énergie nécessaire à ces moyens d’envoi. Il est à noter qu’en variante, ces moyens d’envoi sont par exemple des moyens d’envoi d’ondes sonores ou électromagnétiques. Dans le cas d’ondes sonores, une fréquence différente permet à la borne de différencier un niveau de charge supérieur à 80% d’un niveau de charge inférieur à 80%. Dans le cas d’ondes électromagnétiques, un protocole propriétaire utilisant un réseau local « Wi-Fi » selon la norme IEEE 802.11 (d’après l’anglais « Institute of Electrical and Electronics Engineers ») est par exemple utilisé et permet d’envoyer un niveau de charge très précis. Dans une autre variante, le nombre de diodes DL envoyant de la lumière est lui-même représentatif d’un niveau de charge du véhicule VE, plutôt que la couleur émise. L’intensité de la lumière émise permet d’envoyer une indication du niveau de charge dans encore une autre variante. L’embout de charge EC comporte de manière correspondante des moyens de lecture CO représentés sur la figure 3 . Ces moyens de lecture CO sont, dans ce mode de réalisation de l’invention, un capteur optique, par exemple une photodiode. A partir de la longueur d’onde de la lumière émise par les moyens d’envoi DL (correspondant à leur couleur), la photodiode émet un courant qui traverse une résistance présente dans l’embout EC. Un signal de tension électrique est généré par cette résistance, qui est transmis via un circuit de contrôle à l’électronique de commande ECU de la borne de charge. Ce circuit de contrôle utilise des fils supplémentaires FC traversant le cordon de charge CC. La valeur de cette tension permet à la borne de charge BC de déclencher ou non le déverrouillage d’un pion de blocage PB empêchant, lorsqu’il est en position verrouillée comme sur la figure 3 , le branchement de l’embout de charge EC dans la prise de charge PC. En variante, les moyens de lecture sur l’embout de charge EC sont des moyens de réception d’ondes sonores ou électromagnétiques, en correspondance avec les variantes possibles des moyens d’envoi à proximité de la prise de charge PC. Le fonctionnement du pion de blocage PB est représenté plus en détail en relation avec la figure 4 . Sur cette figure 4 le pion de blocage PB est maintenu enfoncé dans l’embout de charge EC. Dans cette position le branchement de l’embout de charge EC dans la prise de charge PC est possible. Le maintien du pion de blocage PB dans cette position est effectué par un pion C2 qui, en position de repos, bloque une extrémité EP du pion de blocage EP. Lorsque le pion C2 est déplacé par un électro-aimant EM2 présent dans l’embout de charge EC, il libère l’extrémité EP du pion de blocage EP qui revient grâce à des moyens de rappel MR à la position de la figure 3 , c’est-à-dire en saillie de contacts électriques de puissance CEP de l’embout de charge EC. Les moyens de rappel MR sont constitués d’un ressort qui est compressé par le pion de blocage PB lorsque celui-ci est enfoncé dans l’embout de charge EC par une action de l’utilisateur, notamment lors du branchement de l’embout de charge EC dans la prise de charge PC. Le maintien du pion de blocage PB en saillie des contacts électriques de puissance CEP est rendu possible par un autre pion C1 qui en position de repos empêche l’extrémité EP du pion de blocage PB de s’enfoncer dans l’embout de charge EC. Afin de déverrouiller le pion de blocage PB et de brancher l’embout de charge EC dans la prise de charge PC, il faut donc déplacer les pions C1 et C2 pour que le pion de blocage PB puisse s’enfoncer dans l’embout de charge EC. Ce déverrouillage est commandé par l’électronique de commande ECU de la borne de charge BC, qui par un circuit de contrôle comportant les fils électriques FC basse tension passant par le cordon de charge CC, alimente les électro-aimants EM1 et EM2 respectivement en vis-à-vis des pions C1 et C2. Cette alimentation des électro-aimants sort les pions C1 et C2 de leur position de blocage et permet le coulissement du pion de blocage PB dans l’embout de charge EC. Une fois le branchement de l’embout de charge EC dans la prise de charge PC effectué, l’électronique de commande ECU stoppe l’alimentation des électro-aimants EM1 et EM2 et les pions C1 et C2 reviennent dans leur position initiale de blocage par des moyens de rappels associés. Le branchement est par exemple détecté après coup par l’électronique de commande ECU par le démarrage de la charge du véhicule VE, ou utilise un détecteur spécifique tel qu’un détecteur inductif. Ce détecteur permet de détecter également le débranchement du câble. Lorsque la batterie de traction du véhicule VE présente un niveau de charge inférieur à 80%, les moyens d’envoi DL envoient une lumière bleue, qui est captée par le capteur optique CO. Celui-ci envoie un signal à l’électronique de commande ECU de la borne de charge BC qui déverrouille le pion de blocage PB en alimentant les électro-aimants EM1 et EM2. De préférence une interface visuelle ou sonore avertit l’utilisateur que la charge est autorisée et l’informe du prix associé à la charge, à la durée de la charge et au stationnement correspondant. L’utilisateur peut alors brancher l’embout de charge EC dans la prise de charge PC et une charge du véhicule VE démarre. Lorsque le niveau de charge du véhicule atteint un deuxième seuil, par exemple égal à 80%, la borne de charge BC le détecte soit par le changement de couleur des diodes DL, soit par le passage du niveau de puissance de charge en dessous d’un niveau de puissance prédéterminé. La borne de charge BC arrête alors la charge et notifie l’utilisateur, par exemple par l’intermédiaire du gestionnaire de charge GC, que son véhicule est disponible, par envoi d’un message sur un téléphone portable de l’utilisateur. Une fois que l’utilisateur revient et débranche le cordon de charge CC, l’électronique de commande ECU alimente les électro-aimants EM1 et EM2 pour faire ressortir le pion de blocage PB de l’embout de charge EC, puis stoppe cette alimentation pour bloquer le pion de blocage PB dans cette position en saillie des connecteurs électriques de puissances CEP. Lorsqu’au contraire au moment où l’utilisateur stationne son véhicule VE, la batterie de traction du véhicule VE présente un niveau de charge supérieur à 80%, les moyens d’envoi DL envoient une lumière rouge, qui est captée par le capteur optique CO. Celui-ci envoie un signal à l’électronique de commande ECU de la borne de charge BC qui ne déverrouille pas le pion de blocage PB et notifie l’utilisateur que la charge de son véhicule et/ou le stationnement de son véhicule ne sont pas autorisés via une interface visuelle ou sonore. De plus lorsque l’utilisateur s’est identifié avec le lecteur de badge de la borne de charge BC, celle-ci envoie l’identifiant de l’utilisateur au gestionnaire de charge GC avec l’indication que le véhicule n’est pas autorisé à se charger. Le gestionnaire de charge GC envoie alors au téléphone portable de l’utilisateur des informations sur une tarification spécifique pour le stationnement sans recharge du véhicule VE, moins avantageuse que si le véhicule était autorisé à se charger. Bien sûr de nombreuses variantes de réalisation de l’invention sont envisageable. Notamment l’identification de l’utilisateur utilise par exemple en variante un identifiant du véhicule VIN ou un identifiant bancaire, et des moyens de reconnaissance de la plaque d’immatriculation ou de visage en plus ou à la place du lecteur de badge. Dans ce cas, une facturation spécifique de l’utilisateur est effectuée par le gestionnaire de charge même si l’utilisateur ne fait pas de démarche pour s’identifier auprès de la borne de charge BC. La notification de l’utilisateur par le gestionnaire de charge GC utilise dans une autre variante le module multimédia du véhicule plutôt que le téléphone portable de l’utilisateur. D’autres seuils de niveau de charge que 80% sont également utilisables, par exemple 70% ou 90%. Ces seuils de niveaux de charge dépendent éventuellement des conditions de température ambiante, de l’état de la batterie, ou encore d’objectifs de durabilité pour la batterie du véhicule. D’autres moyens de blocage mécanique que le pion de blocage PB sont de plus envisageables, par exemple en variante des moyens d’obturation de l’extrémité de l’embout de charge EC sont contrôlés par l’électronique de commande ECU de la borne de charge BC. Dans une autre variante, les moyens de lecture du niveau de charge sont disposés ailleurs que sur l’embout de charge, par exemple sur la borne de charge BC. Enfin l’invention n’est pas limitée aux bornes de charge rapide. Système de charge (SC) pour un véhicule (VE) électrique ou hybride rechargeable comportant : - une borne de charge (BC) connectée à un réseau d’alimentation électrique, - un cordon de charge (CC) connecté à ladite borne de charge (BC) et apte à être branché sur ledit véhicule (VE) électrique ou hybride pour recharger une batterie de traction dudit véhicule (VE), caractérisé en ce que ledit système de charge (SC) comporte des moyens de lecture (CO) d’un niveau de charge de ladite batterie de traction, et en ce qu’il comporte des moyens (ECU, C1) aptes à bloquer mécaniquement le branchement dudit cordon de charge (CC) sur ledit véhicule (VE) lorsque ledit niveau de charge est supérieur à un premier seuil prédéterminé. Système de charge (SC) selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de lecture (CO) utilisent un capteur d’ondes lumineuses, sonores ou électromagnétiques. Système de charge (SC) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comporte en outre des moyens de notification à l’utilisateur du véhicule (VE) d’une interdiction de recharger ou de stationner ledit véhicule (VE). Système de charge (SC) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comporte en outre des moyens de détection d’un véhicule (VE) stationné mais non branché à ladite borne de charge, et des moyens d’envoi de ladite détection à un gestionnaire de charge (GC) appliquant une facturation spécifique audit véhicule (VE) lorsque celui-ci est stationné mais non branché à ladite borne de charge (BC). Système de charge (SC) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comporte en outre des moyens de notification à l’utilisateur du véhicule (VE) d’une facturation spécifique pour le stationnement dudit véhicule (VE) lorsque celui-ci n’est pas branché à ladite borne de charge (BC). Système de charge (SC) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens d’arrêt d’une charge dudit véhicule (VE) dès que ledit niveau de charge devient supérieur à un deuxième seuil prédéterminé. Système de charge (SC) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens d’arrêt d’une charge dudit véhicule (VE) dès que la puissance de charge devient inférieure à un seuil de puissance prédéterminé. Système de charge (SC) selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que lesdits moyens d’arrêt activent des moyens de notification à l’utilisateur du véhicule (VE) de la disponibilité de celui-ci. Véhicule (VE) électrique ou hybride rechargeable, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens d’envoi (DL) d’ondes lumineuses, sonores ou électromagnétiques représentatives d’un niveau de charge de sa batterie de traction. Véhicule (VE) électrique ou hybride rechargeable selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens d’envoi (DL) sont activés par l’ouverture de la trappe de charge (TC) dudit véhicule.