EP4476093A1 - Borne de charge pour véhicule hybride ou électrique - Google Patents

Borne de charge pour véhicule hybride ou électrique

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Publication number
EP4476093A1
EP4476093A1 EP23703219.8A EP23703219A EP4476093A1 EP 4476093 A1 EP4476093 A1 EP 4476093A1 EP 23703219 A EP23703219 A EP 23703219A EP 4476093 A1 EP4476093 A1 EP 4476093A1
Authority
EP
European Patent Office
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signal
filter
data signal
output
band
Prior art date
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Pending
Application number
EP23703219.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sylvain ROULAND
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Valeo Electrification SAS
Original Assignee
Valeo Electrification SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Electrification SAS filed Critical Valeo Electrification SAS
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Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/63—Monitoring or controlling charging stations in response to network capacity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/66—Data transfer between charging stations and vehicles
    • B60L53/665—Methods related to measuring, billing or payment
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45475—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using IC blocks as the active amplifying circuit
    • H—ELECTRICITY
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    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45479—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection
    • H03F3/45484—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection in differential amplifiers with bipolar transistors as the active amplifying circuit
    • H03F3/45488—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection in differential amplifiers with bipolar transistors as the active amplifying circuit by using feedback means
    • H03F3/45493—Measuring at the loading circuit of the differential amplifier
    • H03F3/45497—Controlling the input circuit of the differential amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/45—Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45418—Indexing scheme relating to differential amplifiers the CMCL comprising a resistor addition circuit
    • H—ELECTRICITY
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    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/45—Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45528—Indexing scheme relating to differential amplifiers the FBC comprising one or more passive resistors and being coupled between the LC and the IC

Definitions

  • the present invention relates to a charging station for a hybrid or electric vehicle.
  • the vehicle has, for example, a battery intended to power an electrical propulsion machine of the vehicle, this battery having a nominal voltage whose value may be 48V, or greater than 60V, being for example greater than 200V or 300V, or greater than 400V, or greater than 800V.
  • the charging terminal is connected to an electrical network which can be a national network or a regional network, for example allowing the charging of vehicle batteries via a power signal.
  • an electrical network which can be a national network or a regional network, for example allowing the charging of vehicle batteries via a power signal.
  • different tariffs for example known as “off-peak hours” or “peak hours”, exist.
  • Information relating to a tariff change, as well as other information, is sent by the grid operator via a data signal superimposed on the power signal.
  • this data signal takes the form of a frame called Pulsadis and generated by EDF®.
  • the object of the invention is to meet this need and it achieves this, according to one of its aspects, with the aid of a charging terminal for a hybrid or electric vehicle via an electrical network, the terminal being capable of receiving an electrical signal from the network, this signal comprising:
  • the terminal comprising a unit of detection comprising:
  • a digital circuit configured to decode the data signal thus extracted.
  • the processing of the data signal by the terminal is advantageous because the extraction of the data signal from the signal coming from the network is carried out by an analog circuit, that is to say with components of reduced cost and without the need to develop a specific program for digital extraction.
  • the analog circuit has for example two inputs, one of these inputs being for example connected to a phase conductor of the electrical network and the other of these inputs being for example connected to the neutral connector of the electrical network.
  • the electrical network is for example three-phase, conveying a sinusoidal power signal whose effective value is for example 230V and whose frequency is for example 50 Hz or 60 Hz.
  • the analog circuit may implement a notch filter to filter the power signal.
  • This band rejection filter has for example a central frequency of 50 Hz or 60 Hz.
  • This band rejection filter is for example a passive filter, implementing for example only resistors and capacitors.
  • the rejection filter can thus be devoid of a coil. More generally, the analog circuit may have no coil.
  • the capacitors have for example a capacitance comprised between 1 and 100 nF and the resistors have for example a value comprised between 10 k ⁇ and 1000 k ⁇ .
  • the analog circuit may include an amplification stage at the output of the band reject filter.
  • the band reject filter has for example two outputs, these two outputs forming a differential input for the amplification stage.
  • the amplification stage comprises for example several operational amplifiers.
  • a first operational amplifier can receive on its non-inverting input a first output of the band rejection filter, a second operational amplifier receives on its non-inverting input a second output of the band rejection filter, and a third operational amplifier can receive on each of its inputs a signal respectively coming from the output of the first operational amplifier and from the output of the second operational amplifier.
  • the output of this third operational amplifier can then define the single output of the amplification stage.
  • the amplification stage can include resistors and the values of the latter can be chosen so that the voltage gain of the amplification stage is between 1 and 50.
  • the gain of this amplification stage is here the ratio between the output voltage of the amplification stage and the differential voltage at its input.
  • the resistances of the amplification stage have for example a value between 1 kQ and 100 kQ.
  • the amplification stage may include a resistor connecting the inverting input of the first operational amplifier and the inverting input of the second operational amplifier, and the value of this resistor may be greater than 1 k/2, for example greater than 1, 2 k/2 or greater than 1.23 k/2.
  • the analog circuit can still implement a band-pass filter at the output of the amplification stage to extract the data signal.
  • a band pass filter makes it possible to amplify the data signal while filtering any residues of the power signal which would not have been filtered by the band reject filter.
  • the bandpass filter can have a passband between 3% and 10% of the data signal carrier frequency.
  • This band-pass filter is for example a Butterworth filter, in particular an active filter of order 4.
  • the band-pass filter has for example a voltage gain of between 5 and 20, for example of 8.
  • the band-pass filter uses for example resistors and capacitors whose respective values can be between 1 k and 10000 k ⁇ and between 1 nF and 100 nF.
  • the frequency of the carrier of the data signal is for example greater than 3 times the frequency of the power signal. In a specific example, this frequency of the carrier of the data signal is between 170 Hz and 180 Hz, being for example equal to 175 Hz.
  • the output of the band-pass filter can be compared to a voltage threshold, for example via an additional operational amplifier, before crossing a galvanic isolation to attack the digital circuit.
  • This galvanic isolation is for example provided by an opto-coupler.
  • the analog circuit may present a power supply for all or part of the operational amplifiers.
  • This power supply can supply a continuous voltage of 12 V. It can be a non-isolated power supply.
  • the digital circuit can be configured to recover the information signal by demodulation, in order to decode this information signal.
  • the digital circuit is for example a microcontroller.
  • the information signal is for example a sequence of binary pulses, for example a frame of 40 bits of the same duration and spaced by the same time interval.
  • the superposition of the data signal with the power signal occurs for example several times a day, for example twice a day.
  • the charging terminal is for example configured to supply the vehicle with an electrical power of between 7 kW and 22 kW, or more.
  • the transfer of electrical energy between the charging station and the vehicle can be reversible, the vehicle being able, if necessary, to supply electrical energy to the terminal and therefore to the electrical network which is connected to it.
  • the charging station can be configured to exchange electrical energy with more than one vehicle simultaneously, for example with two vehicles.
  • the terminal then has two separate connectors, each of these connectors allowing the exchange of electrical energy with a respective vehicle.
  • the terminal can be configured to communicate with a wireless data network.
  • FIG.l shows an exploded view of a charging station according to an example implementation of the invention.
  • FIG.2 schematically represents the terminal detection unit of Figure 1
  • FIG.3 represents an example of the analog circuit of the detection unit of Figure 2.
  • FIG. 1 a charging terminal 1 according to an example of implementation of the invention.
  • This terminal 1 is intended to allow an exchange of electrical energy between a vehicle and an electrical network to which it is connected via a cable not shown in this figure.
  • the vehicle may be a hybrid vehicle or an electric vehicle.
  • the electrical network is for example a national network conveying an alternating voltage with an effective value of 230V and a frequency of 50Hz. This voltage can be three-phase.
  • the terminal 1 comprises in the example considered a box formed by the combination of a rear frame 2 and a front frame 3 which are assembled together.
  • a cover 4 is mounted on the periphery of the front frame 3, partly forming the front face of the terminal 1, that is to say its face facing the vehicle.
  • a seal 19 is interposed between the front frame 3 and the rear frame 2 to ensure sealing inside the terminal box.
  • Terminal 1 further comprises a valve 5, selectively closing an opening 15 formed in the front frame 3. This opening 15 allows the introduction into terminal 1 of an external connector mounted on a connection cable to the electrical circuit of the vehicle. .
  • Terminal 1 also includes a connector 8 which can be of the female type such as a socket or of the male type such as a plug.
  • This connector 8 can be three-phase, in which case it comprises four electrical contacts, or be single-phase, in which case it comprises two. Whatever the type of connector, it can also integrate the ground and one or more communication contacts.
  • Terminal 1 also includes a support 13 carrying: - a contactor 7, capable of selectively interrupting the exchange of electrical energy with the vehicle, and
  • This counter 6 is for example made to meet the requirements of the MID Directive.
  • the terminal still comprises in the example considered several electronic cards.
  • One of these cards is an electronic power card 10 carrying electronic components such as inductors or capacitors to ensure in particular a filtering function. Other functions can be performed by this card 10, for example additional functions such as voltage conversion for supplying low voltage components or even a fuse function.
  • Another electronic card is an electronic control card 9, this card ensuring the control of the electronic power card 10. It can also manage the possible connection of the terminal 1 with a wireless data network and/or the connection with the vehicle. This card can also drive a human/machine interface electronic card 11 and integrate a control unit 30 which will be described below.
  • the human/machine interface electronic card 11 carries, for example, an indicator light such as an LED informing the user of the availability or operating status of terminal 1, as well as possibly an RFID function or a button can be operated by the user.
  • an indicator light such as an LED informing the user of the availability or operating status of terminal 1, as well as possibly an RFID function or a button can be operated by the user.
  • the electronic cards 9 and 10 are for example screwed onto the support 13, while the electronic card 11 is directly mounted on the front frame 3 of the terminal.
  • the terminal 1 further comprises a clamp 12 making it possible to hold in place on the rear frame 3 the cable, not shown, which is connected to the electrical network.
  • this cable can also occasionally carry an additional data signal, which is superimposed.
  • the data signal is for example sent twice a day in the electrical network.
  • This data signal is in the considered example constructed by modulating an information signal with a carrier whose frequency is higher than that of the power signal.
  • the information signal is in the example considered formed by a 40-bit frame following a start bit. Each bit here has a duration of 1 second and the bits of the frame are separated by a duration of 1.5 seconds. On reception of each bit of the frame can match a message, at least one of these messages comprising for example the update of a billing tariff for the electrical energy consumed in the electrical network.
  • the electronic control card 10 incorporates in the example considered a detection unit 30 making it possible to process this data signal.
  • FIG. 2 is a block diagram of the detection unit 30, the latter comprises:
  • the detection unit 30 can interact with a voltage supply 34, this voltage supply 34 being for example supplied from the electronic power card 10.
  • the analog circuit 32 receives in the example considered two inputs, a first input being connected to a phase conductor P of the network and the second input being connected to the neutral N of this network.
  • This band rejection filter is here a passive filter, being exclusively formed by capacitors and resistors.
  • This band rejection filter 40 here has a central frequency of 50 Hz to filter as much as possible the power signal of the signal received at the input of the detection unit 30.
  • capacitors of this band rejection filter 40 have for example a value between 10 k ⁇ and 1000 k ⁇ . More specifically, in the example described, but not limited to, capacitors C23 and C24 are Y1 type film capacitors and have a capacitance of 10 nF. Capacitors CIO, Cll, C13, C14 and C15 have a capacitance of 22 nF.
  • the resistors have for example a value between 10 k and 1000 k ⁇ . More specifically, in the example described, resistors R24 and R25 have a value of 100 kQ, resistors R9, RIO, R13, R16 and R12 have a value of 144 kQ, and resistors R33, R34, R35 and R36 have a value of 15 k ⁇ .
  • this notch filter 40 attack an amplification stage 50, so that this amplification stage 50 presents a differential input.
  • the amplification stage 50 contains in the example considered three operational amplifiers, respectively designated by U4, U7 and U8 in Figure 3.
  • One of the outputs of the band reject filter 40 is received on the non-inverting input of the operational amplifier U4 and the other output of the band reject filter 40 is received on the non-inverting input of the amplifier operational U7.
  • the third operational amplifier U8 receives on each of its inputs a signal coming from an output of one of the operational amplifiers U4 and U7, and the output of this third operational amplifier constitutes the only output of the amplification stage 50 then that the latter has two entries.
  • Each of these operational amplifiers U4, U7 and U8 is here electrically powered by a DC voltage of 12V, via the aforementioned common power supply 34.
  • the amplification stage 50 comprises, in addition to the three aforementioned operational amplifiers U4, U7 and U8 and the resistor R37, other resistors whose values can be chosen so that the gain of the amplification stage 50 is between 1 and 50, for example between 3 and 23.
  • resistor R37 has a value of 15 kQ
  • resistors R51 and R52 have a value of 24 kQ
  • resistors R53, R54, R55, R56, R60, R61, R40, R41, R45 and R46 have a value of 10 k ⁇ .
  • a fourth operational amplifier U10 is here arranged between the output of the second operational amplifier U7 and the input of the third operational amplifier U8.
  • the single output of the amplification stage 50 then drives a band-pass filter 60 arranged to amplify the data signal which here has a frequency of 175 Hz and to isolate it.
  • this band-pass filter 60 is an active Butterworth filter of order 4.
  • This Butterworth filter 60 here implements two operational amplifiers arranged in series, U5 and U1 which are, similar to what has been described with reference to the amplification stage 50, electrically powered by a DC voltage of 12V. provided by voltage supply 34
  • This Butterworth filter also includes resistors and capacitors sized to define a bandwidth of between 3% and 10% of the data signal carrier frequency and to present a voltage gain of between 5 and 20.
  • band-pass filter uses for example resistors and capacitors whose respective values can be between 1 k ⁇ and 10000 k ⁇ and between 1 nF and 100 nF. In the example described, this bandwidth is [165 Hz; 183 Hz] and this voltage gain is 8. In this case:
  • resistors R45 and R46 have a value of 10 kQ
  • the output of the band pass filter 60 can be a voltage signal whose amplitude is between 5 V and 10 V and at the frequency of the carrier of the information signal.
  • This signal at the output of band pass filter 60 is here compared by a comparator 70 to a voltage threshold lower than the amplitude of said signal.
  • This voltage threshold is obtained here using a voltage divider bridge and the 12V DC voltage supplied by the power supply 34.
  • the comparator in the example considered is an operational amplifier U2 of which:
  • the inverting input receives the output of the band pass filter 60
  • the non-inverting input receives the output of the voltage divider bridge formed by two resistors R2 and R3, these resistors have for example a value of 7.5 k ⁇ and 10 k ⁇ respectively.
  • the aforementioned operational amplifiers may be of the same type, for example such as those marketed by Texas Instruments® under the reference LM358ADR.
  • the signal resulting from this comparison then crosses a galvanic isolation, performed here via an opto-coupler 32 before being processed by the digital circuit 33 which is here a microcontroller.
  • the power supply to optocoupler 32 can also be provided by power supply 34.
  • the digital circuit 33 here recovers the information signal by demodulation, in order to decode this information signal. It is thus possible to decode this information signal and, in the example considered, to determine which of the 40 bits of the frame have been sent.

Landscapes

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Abstract

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.

Description

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, ou supérieure à 400V, ou supérieure à 800V.
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 kQ et 1000 kQ.
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-in- verseuse 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 kQ et 100 kQ.
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/2, par exemple supérieure à 1,2 k/2 ou supérieure à 1,23 k/2.
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 k et 10000 kQ 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, ou plus. 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 :
[Fig.l] représente en éclaté une borne de charge selon un exemple de mise en œuvre de l’invention, et
[Fig.2] représente de façon synoptique l’unité de détection de la borne de la figure 1, et [Fig.3] représente un exemple du circuit analogique de l’unité de détection de la figure 2.
On a représenté sur la figure 1 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 figure 2, 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 figure 2 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 kQ et 1000 kQ. 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 CIO, Cll, C13, C14 et C15 ont une capacité de 22 nF.
Les résistances ont par exemple une valeur comprise entre 10 k et 1000 kQ. Plus précisément, dans l’exemple décrit, les résistances R24 et R25 ont une valeur de 100 kQ, les résistances R9, RIO, R13, R16 et R12 ont une valeur de 144 kQ, et les résistances R33, R34, R35 et R36 ont une valeur de 15 kQ.
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 figure 3, l’étage d’amplification 50 contient dans l’exemple considéré trois amplificateurs opérationnels, respectivement désignés par U4, U7 et U8 sur la figure 3. 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 figure 3 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 figure 3 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 kQ, les résistances R51 et R52 ont une valeur de 24 kQ, et les résistances R53, R54, R55, R56, R60, R61, R40, R41, R45 et R46 ont une valeur de 10 kQ.
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 figure 3, 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 kQ et 10000 kQ et entre 1 nF et 100 nF. Dans l’exemple décrit, cete 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 kQ
- la résistance R39 a une valeur de 1,6 k
- la résistance R42 a une valeur de 1180 kQ,
- la résistance R43 a une valeur de 137 kQ,
- la résistance R44 a une valeur de 1,5 kQ,
- la résistance R47 a une valeur de 1100 kQ,
- les résistances R45 et R46 ont une valeur de 10 kQ, 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 kQ et 10 kQ.
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 figure 3, 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.

Claims

Revendications
1. 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.
2. 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.
3. 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).
4. Borne de charge selon la revendication précédente, l’étage d’amplification (50) comprenant plusieurs amplificateurs opérationnels.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. Borne de charge selon l’une quelconque des revendications précédentes, le signal d’informations étant une suite d’impulsions binaires.
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