Brevet FR3132473A1 — publié le 20230811

Borne de charge (1) pour véhicule hybride ou électrique par un réseau électrique, la borne étant apte à recevoir un signal électrique provenant du réseau et comprenant : - un signal de puissance sinusoïdal à la fréquence du réseau électrique, et - un signal de données, superposé de manière ponctuelle au signal de puissance, ce signal de données étant obtenu en modulant un signal d’informations avec une porteuse dont la fréquence est supérieure à la fréquence du signal de puissance, la borne comprenant une unité de détection (30) comprenant : - un circuit analogique (31), configuré pour extraire du signal provenant du réseau le signal de données, et - un circuit numérique (33), configuré pour décoder le signal de données ainsi extrait. Figure d’abrégé: Fig 2 Borne de charge pour véhicule hybride ou électrique La présente invention concerne une borne de charge pour véhicule hybride ou électrique. Le véhicule possède par exemple une batterie destinée à alimenter une machine électrique de propulsion du véhicule, cette batterie présentant une tension nominale dont la valeur peut être de 48V, ou supérieure à 60V, étant par exemple supérieure à 200V ou à 300V. La borne de charge est connectée à un réseau électrique qui peut être un réseau national ou un réseau régional par exemple permettant la charge de batteries de véhicule via un signal de puissance. Pour inciter les utilisateurs à répartir leur consommation d’énergie électrique, afin de lisser autant que possible la demande en énergie électrique, des tarifs différents, par exemple dits « heures creuses » ou « heures pleines » existent. Les informations relatives à un changement de tarif, ainsi que d’autres informations, sont envoyées par le gestionnaire du réseau via un signal de données superposé au signal de puissance. En France, ce signal de données prend la forme d’une trame appelée Pulsadis et générée par EDF®. Il est connu, pour récupérer les informations du signal de données superposé au signal de puissance, d’utiliser un microcontrôleur pour séparer le signal de données du signal de puissance. Une telle solution est coûteuse et nécessite un microcontrôleur dédié à cette extraction du signal de données. Il existe un besoin pour améliorer encore la détection par une borne de charge d’un véhicule hybride ou électrique de l’envoi sur le réseau électrique d’un signal de données superposé au signal de puissance, ce signal de données contenant notamment des informations en rapport avec le tarif appliqué à la consommation d’énergie électrique dans le réseau. L’invention a pour objet de répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l’un de ses aspects, à l’aide d’une borne de charge pour véhicule hybride ou électrique par un réseau électrique, la borne étant apte à recevoir un signal électrique provenant du réseau, ce signal comprenant : - un signal de puissance sinusoïdal à la fréquence du réseau électrique, et - un signal de données, superposé de manière ponctuelle au signal de puissance, ce signal de données étant obtenu en modulant un signal d’informations avec une porteuse dont la fréquence est supérieure à la fréquence du signal de puissance, la borne comprenant une unité de détection comprenant : - un circuit analogique, configuré pour extraire du signal provenant du réseau le signal de données, et - un circuit numérique, configuré pour décoder le signal de données ainsi extrait. Le traitement du signal de données par la borne est avantageux car l’extraction du signal de données depuis le signal provenant le réseau est effectuée par un circuit analogique, c’est-à-dire avec des composants d’un coût réduit et sans besoin de développer un programme spécifique pour une extraction par voie numérique. Le circuit analogique présente par exemple deux entrées, l’une de ces entrées étant par exemple connectée sur un conducteur de phase du réseau électrique et l’autre de ces entrées étant par exemple connectée sur le connecteur de neutre du réseau électrique. Le réseau électrique est par exemple triphasé, véhiculant un signal de puissance sinusoïdal dont la valeur efficace est par exemple 230V et dont la fréquence est par exemple de 50 Hz ou 60 Hz. Le circuit analogique peut mettre en œuvre un filtre réjecteur de bande pour filtrer le signal de puissance. Ce filtre réjecteur de bande présente par exemple une fréquence centrale de 50 Hz ou de 60 Hz. Ce filtre réjecteur de bande est par exemple un filtre passif, ne mettant par exemple en œuvre que des résistances et des condensateurs. Le filtre réjecteur peut ainsi être dépourvu de bobine. Plus globalement, le circuit analogique peut être dépourvu de bobine. Dans ce filtre réjecteur de bande, les condensateurs ont par exemple une capacité comprise entre 1 et 100 nF et les résistances ont par exemple une valeur comprise entre 10 kΩ et 1000 kΩ. Le circuit analogique peut comprendre un étage d’amplification en sortie du filtre réjecteur de bande. Le filtre réjecteur de bande présente par exemple deux sorties, ces deux sorties formant pour l’étage d’amplification une entrée différentielle. L’étage d’amplification comprend par exemple plusieurs amplificateurs opérationnels. Dans ce cas, un premier amplificateur opérationnel peut recevoir sur son entrée non-inverseuse une première sortie du filtre réjecteur de bande, un deuxième amplificateur opérationnel reçoit sur son entrée non-inverseuse une deuxième sortie du filtre rejecteur de bande, et un troisième amplificateur opérationnel peut recevoir sur chacune de ses entrées un signal respectivement issu de la sortie du premier amplificateur opérationnel et de la sortie du deuxième amplificateur opérationnel. La sortie de ce troisième amplificateur opérationnel peut alors définir l’unique sortie de l’étage d’amplification. L’étage d’amplification peut comprendre des résistances et les valeurs de ces dernières peuvent être choisies de manière à ce que le gain en tension de l’étage d’amplification soit compris entre 1 et 50. Le gain de cet étage d’amplification est ici le rapport entre la tension de sortie de l’étage d’amplification et la tension différentielle en son entrée. Les résistances de l’étage d’amplification ont par exemple une valeur comprise entre 1 kΩ et 100 kΩ. L’étage d’amplification peut comprendre une résistance reliant l’entrée inverseuse du premier amplificateur opérationnel et l’entrée inverseuse du deuxième amplificateur opérationnel, et la valeur de cette résistance peut être supérieure à 1 k , par exemple supérieure à 1,2 k ou supérieure à 1,23 k . Le circuit analogique peut encore mettre en œuvre un filtre passe-bande en sortie de l’étage d’amplification pour extraire le signal de données. L’emploi d’un filtre passe bande permet d’amplifier le signal de données tout en filtrant les éventuels résidus du signal de puissance qui n’auraient pas été filtrés par le filtre réjecteur de bande. Le filtre passe-bande peut avoir une bande passante comprise entre 3% et 10% de la fréquence de la porteuse du signal de données. Ce filtre passe-bande est par exemple un filtre de Butterworth, notamment un filtre actif d’ordre 4. Le filtre passe-bande présente par exemple un gain en tension compris entre 5 et 20, par exemple de 8. Le filtre passe-bande utilise par exemple des résistances et des condensateurs dont les valeurs respectives peuvent être comprises entre 1 kΩ et 10 000 kΩ et entre 1 nF et 100 nF. La fréquence de la porteuse du signal de données est par exemple supérieure à 3 fois la fréquence du signal de puissance. Dans un exemple précis, cette fréquence de la porteuse du signal de données est comprise entre 170 Hz et 180 Hz, étant par exemple égale à 175 Hz. La sortie du filtre passe-bande peut être comparée à un seuil de tension, par exemple via un amplificateur opérationnel additionnel, avant de franchir une isolation galvanique pour attaquer le circuit numérique. Cette isolation galvanique est par exemple fournie par un opto-coupleur. Dans tout ce qui précède, le circuit analogique peut présenter une alimentation pour tout ou partie des amplificateurs opérationnels. Cette alimentation peut fournir une tension continue de 12 V. Il peut s’agir d’une alimentation non isolée. Le circuit numérique peut être configuré pour récupérer le signal d’information par démodulation, afin de décoder ce signal d’information. Le circuit numérique est par exemple un microcontrôleur. Le signal d’informations est par exemple une suite d’impulsions binaires, par exemple une trame de 40 bits de même durée et espacés d’un même intervalle de temps. La superposition du signal de données avec le signal de puissance se produit par exemple plusieurs fois par jour, par exemple deux fois par jour. Dans tout ce qui précède, la borne de charge est par exemple configurée pour fournir au véhicule une puissance électrique comprise entre 7 kW et 22 kW. Le transfert d’énergie électrique entre la borne de charge et le véhicule peut être réversible, le véhicule pouvant le cas échéant fournir de l’énergie électrique à la borne et donc au réseau électrique qui y est connecté. Dans tout ce qui précède, la borne de charge peut être configuré pour échanger de l’énergie électrique avec plus d’un véhicule simultanément, par exemple avec deux véhicules. La borne présente alors deux connecteurs distincts, chacun de ces connecteurs permettant l’échange d’énergie électrique avec un véhicule respectif. La borne peut être configurée pour communiquer avec un réseau de données non filaire. L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d’un exemple non limitatif de mise en œuvre de celle-ci et à l’examen du dessin annexé sur lequel : représente en éclaté une borne de charge selon un exemple de mise en œuvre de l’invention, et représente de façon synoptique l’unité de détection de la borne de la , et représente un exemple du circuit analogique de l’unité de détection de la . On a représenté sur la une borne de charge 1 selon un exemple de mise en œuvre de l’invention. Cette borne 1 est destinée à permettre un échange d’énergie électrique entre un véhicule et un réseau électrique auquel elle est connectée via un câble non représenté sur cette figure. Le véhicule peut être un véhicule hybride ou un véhicule électrique. Le réseau électrique est par exemple un réseau national véhiculant une tension alternative de valeur efficace 230V et de fréquence 50Hz. Cette tension peut être triphasée. La borne 1 comprend dans l’exemple considéré un boîtier formé par la réunion d’un cadre arrière 2 et d’un cadre avant 3 qui sont assemblés ensemble. Un couvercle 4 est monté sur la périphérie du cadre avant 3, formant en partie la face avant de la borne 1, c’est-à-dire sa face tournée vers le véhicule. Un joint 19 est interposé entre le cadre avant 3 et le cadre arrière 2 pour assurer l’étanchéité à l’intérieur du boîtier de la borne. La borne 1 comprend encore un clapet 5, obturant de façon sélective une ouverture 15 ménagée dans le cadre avant 3. Cette ouverture 15 permet l’introduction dans la borne 1 d’un connecteur externe monté sur un câble de raccordement au circuit électrique du véhicule. La borne 1 comprend encore un connecteur 8 pouvant être de type femelle tel qu’une embase ou de type mâle tel qu’une fiche. Ce connecteur 8 peut être triphasé, auquel cas il comprend quatre contacts électriques, ou être monophasé, auquel cas il en comprend deux. Quel que soit le type de connecteur, ce dernier peut également intégrer la terre et un ou plusieurs contacts de communication. La borne 1 comprend également un support 13 portant : - un contacteur 7, apte à interrompre sélectivement l’échange d’énergie électrique avec le véhicule, et - un compteur 6 pour mesurer la quantité d’énergie électrique échangée entre la borne 1 et le véhicule. Ce compteur 6 est par exemple réalisé pour satisfaire les exigences de la Directive MID. La borne comprend encore dans l’exemple considéré plusieurs cartes électroniques. L’une de ces cartes est une carte électronique de puissance 10 portant des composants électroniques tels que des inductances ou des condensateurs pour assurer notamment une fonction de filtrage. D’autres fonctions peuvent être réalisées par cette carte 10, par exemple des fonctions complémentaires telle que la conversion de tension pour l’alimentation de composants basse tension ou encore une fonction de fusible. Une autre carte électronique est une carte électronique de commande 9, cette carte assurant la commande de la carte électronique de puissance 10. Elle peut également gérer la connexion éventuelle de la borne 1 avec un réseau de données sans fil et/ou la connexion avec le véhicule. Cette carte peut également piloter une carte électronique 11 d’interface homme/machine et intégrer une unité de commande 30 qui sera décrite ci-après. La carte électronique 11 d’interface homme/machine porte par exemple un voyant lumineux tel qu’une LED informant l’utilisateur de la disponibilité ou de l’état de fonctionnement de la borne 1, ainsi éventuellement qu’une fonction RFID ou un bouton pouvant être actionné par l’utilisateur. Les cartes électroniques 9 et 10 sont par exemple vissées sur le support 13, tandis que la carte électronique 11 est directement montée sur le cadre avant 3 de la borne. La borne 1 comprend encore un collier de serrage 12 permettant de maintenir en place sur le cadre arrière 3 le câble non représenté qui est relié au réseau électrique. En plus du signal de puissance utilisé pour charger le véhicule, correspondant ici à une tension sinusoïdale triphasée dont la valeur efficace est de 230V et dont la fréquence est de 50 Hz, ce câble peut également ponctuellement véhiculer un signal additionnel de données, qui lui est superposé. Le signal de données est par exemple envoyé deux fois par jour dans le réseau électrique. Ce signal de données est dans l’exemple considéré construit en modulant un signal d’informations avec une porteuse dont la fréquence est supérieure à celle du signal de puissance. Le signal d’information est dans l’exemple considéré formé par une trame de 40 bits succédant à un bit de départ. Chaque bit a ici une durée d’1 seconde et les bits de la trame sont espacés d’une durée de 1,5 secondes. A la réception de chaque bit de la trame peut correspondre un message, l’un de ces messages au moins comprenant par exemple la mise à jour d’un tarif de facturation de l’énergie électrique consommée dans le réseau électrique. La carte électronique de commande 10 intègre dans l’exemple considéré une unité de détection 30 permettant de traiter ce signal de données. Comme on peut le voir sur la , qui est une représentation synoptique de l’unité de détection 30, cette dernière comprend : - un circuit analogique 31, - une isolation galvanique 32, et - un circuit numérique 33. On constate également sur la que l’unité de détection 30 peut interagir avec une alimentation en tension 34, cette alimentation en tension 34 étant par exemple fournie depuis la carte électronique de puissance 10. Le circuit analogique 32 reçoit dans l’exemple considéré deux entrées, une première entrée étant connectée à un conducteur de phase P du réseau et la deuxième entrée étant connectée au neutre N de ce réseau. Le circuit analogique traite ces deux entrées via un filtre réjecteur de bande 40 qui va maintenant être décrit. Ce filtre réjecteur de bande est ici un filtre passif, étant exclusivement formé par des condensateurs et des résistances. Ce filtre réjecteur de bande 40 présente ici une fréquence centrale de 50 Hz pour filtrer autant que possible le signal de puissance du signal reçu en entrée de l’unité de détection 30. Les condensateurs de ce filtre réjecteur de bande 40 ont par exemple une valeur comprise entre 10 kΩ et 1000 kΩ. Plus précisément, dans l’exemple décrit, mais de façon non limitative, les condensateurs C23 et C24 sont des condensateurs films de type Y1 et présentent une capacité de 10 nF. Les condensateurs C10, C11, C13, C14 et C15 ont une capacité de 22 nF. Les résistances ont par exemple une valeur comprise entre 10 kΩ et 1000 kΩ. Plus précisément, dans l’exemple décrit, les résistances R24 et R25 ont une valeur de 100 kΩ, les résistances R9, R10, R13, R16 et R12 ont une valeur de 144 kΩ, et les résistances R33, R34, R35 et R36 ont une valeur de 15 kΩ. Les deux sorties de ce filtre réjecteur de bande 40 attaquent ensuite un étage d’amplification 50, de sorte que cet étage d’amplification 50 présente une entrée différentielle. Comme on peut le voir sur la , l’étage d’amplification 50 contient dans l’exemple considéré trois amplificateurs opérationnels, respectivement désignés par U4, U7 et U8 sur la . L’une des sorties du filtre réjecteur de bande 40 est reçue sur l’entrée non-inverseuse de l’amplificateur opérationnel U4 et l’autre sortie du filtre réjecteur de bande 40 est reçue sur l’entrée non-inverseuse de l’amplificateur opérationnel U7. On constate sur la que les entrées inverseuses respectives de ces amplificateurs opérationnels sont reliées ensemble via une résistance R37. Le troisième amplificateur opérationnel U8 reçoit sur chacune de ses entrées un signal issu d’une sortie d’un des amplificateurs opérationnels U4 et U7, et la sortie de ce troisième amplificateur opérationnel constitue l’unique sortie de l’étage d’amplification 50 alors que ce dernier comprend deux entrées. Chacun de ces amplificateurs opérationnels U4, U7 et U8 est ici électriquement alimenté par une tension continue de 12V, via l’alimentation commune précitée 34. On constate sur la que l’étage d’amplification 50 comprend, outre les trois amplificateurs opérationnels U4, U7 et U8 précités et la résistance R37, d’autres résistances dont les valeurs peuvent être choisies de manière à ce que le gain de l’étage d’amplification 50 soit compris entre 1 et 50, par exemple entre 3 et 23. Dans l’exemple considéré, la résistance R37 a une valeur de 15 kΩ, les résistances R51 et R52 ont une valeur de 24 kΩ, et les résistances R53, R54, R55, R56, R60, R61, R40, R41, R45 et R46 ont une valeur de 10 kΩ. Un quatrième amplificateur opérationnel U10 est ici disposé entre la sortie du deuxième amplificateur opérationnel U7 et l’entrée du troisième amplificateur opérationnel U8. Dans l’exemple de la , la sortie unique de l’étage d’amplification 50 attaque ensuite un filtre passe-bande 60 agencé pour amplifier le signal de données qui a ici une fréquence de 175 Hz et pour l’isoler. Dans l’exemple considéré, ce filtre passe-bande 60 est un filtre de Butterworth actif d’ordre 4. Ce filtre de Butterworth 60 met ici en œuvre deux amplificateurs opérationnels disposés en série, U5 et U1 qui sont, similairement à ce qui a été décrit en référence à l’étage d’amplification 50, électriquement alimentés par une tension continue de 12V. fournie par l’alimentation en tension 34 Ce filtre de Butterworth comprend également des résistances et des condensateurs dimensionnés de manière à définir une bande passante comprise entre 3% et 10% de la fréquence de la porteuse du signal de données et pour présenter un gain en tension compris entre 5 et 20. Le filtre passe-bande utilise par exemple des résistances et des condensateurs dont les valeurs respectives peuvent être comprises entre 1 kΩ et 10 000 kΩ et entre 1 nF et 100 nF. Dans l’exemple décrit, cette bande passante est [165 Hz ; 183 Hz] et ce gain en tension est 8. Dans ce cas : - la résistance R38 a une valeur de 147 kΩ - la résistance R39 a une valeur de 1,6 kΩ - la résistance R42 a une valeur de 1180 kΩ, - la résistance R43 a une valeur de 137 kΩ, - la résistance R44 a une valeur de 1,5 kΩ, - la résistance R47 a une valeur de 1100 kΩ, - les résistances R45 et R46 ont une valeur de 10 kΩ, et - les condensateurs C17, C19, C20, C21 ont une capacité de 22 nF. La sortie du filtre passe-bande 60 peut être un signal de tension dont l’amplitude est comprise entre 5 V et 10 V et à la fréquence de la porteuse du signal d’informations. Ce signal en sortie du filtre passe bande 60 est ici comparé par un comparateur 70 à un seuil de tension inférieur à l’amplitude dudit signal. Ce seuil de tension est ici obtenu à l’aide d’un pont diviseur de tension et de la tension continue 12V fournie par l’alimentation 34. Le comparateur est dans l’exemple considéré un amplificateur opérationnel U2 dont : - l’entrée inverseuse reçoit la sortie du filtre passe bande 60, - l’entrée non-inverseuse reçoit la sortie du pont diviseur de tension formé par deux résistances R2 et R3, ces résistances ont par exemple respectivement une valeur de 7,5 kΩ et 10 kΩ. Dans tout ce qui précède, les amplificateurs opérationnels précités peuvent être de même type, par exemple tels que ceux commercialisés par Texas Instruments® sous la référence LM358ADR. Le signal résultant de cette comparaison franchit ensuite une isolation galvanique, réalisée ici via un opto-coupleur 32 avant d’être traité par le circuit numérique 33 qui est ici un microcontrôleur. Comme on peut le voir sur la , l’alimentation électrique de l’opto-coupleur 32 peut également être assurée par l’alimentation 34. Le circuit numérique 33 récupère ici le signal d’informations par démodulation, afin de décoder ce signal d’informations. On peut ainsi décoder ce signal d’informations et, dans l’exemple considéré, déterminer parmi les 40 bits de la trame, lesquels ont bien été envoyés. Borne de charge (1) pour véhicule hybride ou électrique par un réseau électrique, la borne étant apte à recevoir un signal électrique provenant du réseau et comprenant : - un signal de puissance sinusoïdal à la fréquence du réseau électrique, et - un signal de données, superposé de manière ponctuelle au signal de puissance, ce signal de données étant obtenu en modulant un signal d’informations avec une porteuse dont la fréquence est supérieure à la fréquence du signal de puissance, la borne comprenant une unité de détection (30) comprenant : - un circuit analogique (31), configuré pour extraire du signal provenant du réseau le signal de données, et - un circuit numérique (33), configuré pour décoder le signal de données ainsi extrait. Borne de charge selon la revendication précédente, le circuit analogique (31) mettant en œuvre un filtre réjecteur de bande (40) pour filtrer le signal de puissance. Borne de charge selon la revendication précédente, le circuit analogique (31) mettant en œuvre un étage d’amplification (50) du signal en sortie du filtre réjecteur de bande (40). Borne de charge selon la revendication précédente, l’étage d’amplification (50) comprenant plusieurs amplificateurs opérationnels. Borne de charge selon la revendication précédente, l’étage d’amplification (50) comprenant un premier amplificateur opérationnel recevant sur son entrée non-inverseuse une première sortie du filtre réjecteur de bande (40), un deuxième amplificateur opérationnel recevant sur son entrée non-inverseuse une deuxième sortie du filtre rejecteur de bande (40), et un troisième amplificateur opérationnel recevant sur chacune de ses entrées un signal respectivement issu de la sortie du premier amplificateur opérationnel et de la sortie du deuxième amplificateur opérationnel. Borne de charge selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, le circuit analogique mettant en œuvre un filtre passe-bande (60) en sortie de l’étage d’amplification (50) pour extraire le signal de données. Borne de charge selon la revendication 6, le filtre passe-bande (60) ayant une bande passante comprise entre 3% et 10% de la fréquence de la porteuse du signal de données. Borne de charge selon la revendication 6 ou 7, le filtre passe-bande (60) étant un filtre de Butterworth, notamment un filtre actif, notamment un filtre actif d’ordre 4. Borne de charge selon l’une quelconque des revendications précédentes, le circuit numérique (33) étant configuré pour récupérer le signal d’informations par démodulation, afin de décoder ce signal d’informations. Borne de charge selon l’une quelconque des revendications précédentes, le signal d’informations étant une suite d’impulsions binaires.