FR2974252A1 - Systeme de gestion de charge de vehicule electrique ou hybride - Google Patents

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Abstract

Système de gestion de charge (10) en courant continu d'un véhicule électrique (VE) ou hybride (VH), comprenant une unité de conversion (12) du besoin en puissance pour effectuer une recharge du véhicule en une consigne de charge (Cons(a)) et des moyens de transmission aptes à transmettre une commande contenant la consigne de charge à une borne de recharge, caractérisé en ce que le système de gestion de charge comprend en outre un circuit déphaseur (16) apte à recevoir au moins des premier et deuxième signaux périodiques (S(T), S(T+a)) de même fréquence et à déphaser le deuxième signal périodique (S(T+a)) par rapport au premier (S(T)) d'un angle donné (a) correspondant à la consigne de charge (Cons(a)) et en ce que la commande transmise est une commande analogique formée par le déphasage entre les deux signaux périodiques.

Description

SYSTEME DE GESTION DE CHARGE DE VEHICULE ELECTRIQUE OU HYBRIDE La présente invention concerne de manière générale un système de gestion de charge d'un véhicule électrique ou hybride en courant continu par commande directe filaire. Il est connu notamment un système de charge en courant continu, appelé CHAdeMO, utilisant un bus série de type CAN comprenant des paires torsadées comme moyens de communication numérique pour la transmission par le véhicule d'une commande de charge à une borne de charge. Il est également connu un système de charge en courant continu, appelé COMBO utilisant des courants porteurs en ligne (CPL) comme moyens de communication numérique pour la transmission d'une commande à la borne de charge. Les deux systèmes utilisent un support de communication numérique qui présente certains inconvénients comme notamment un risque important d'indisponibilité en cas de défaut logiciel, un temps de commande rallongé dû au traitement de l'information par les moyens de communication et une réalisation et validation des logiciels de communication plus longue et couteuse. En outre, on notera encore que le système CHAdeMO est incompatible avec les systèmes de charge en courant alternatif. Il est connu par ailleurs, notamment du document US 5202617, un système de charge apte à réaliser un contrôle de la charge du véhicule (charge DC) par une combinaison d'un signal analogique ou signal de courant et d'un signal numérique à deux niveaux de type ON/OFF. L'information du courant nécessaire est transmise par un signal dont le niveau maximum représente la valeur de ce courant, c'est-à-dire par une modulation d'amplitude. De plus, la charge est faite de façon alternée ce qui implique l'utilisation d'un signal carré ou d'un deuxième signal différent du
premier pour réaliser la fonction de coupure et de reprise de la charge. Il résulte certains inconvénients d'un tel système de charge et notamment de réaliser une charge alternée, de prévoir des générateurs de signaux différents pour générer les différents signaux nécessaires à la commande de charge, ainsi qu'une sensibilité aux perturbations électromagnétiques due à la différence de signaux. Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients des documents de l'art antérieur mentionnés ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de proposer un système de gestion charge apte à produire une consigne de charge simple et efficace ainsi qu'une borne de charge apte à utiliser une telle consigne de charge. Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un système de gestion de charge en courant continu d'un véhicule électrique ou hybride, comprenant une unité de conversion du besoin en puissance pour effectuer une recharge du véhicule en une consigne de charge et des moyens de transmission aptes à transmettre une commande contenant la consigne de charge à une borne de recharge, caractérisé en ce que le système de gestion de charge comprend en outre un circuit déphaseur apte à recevoir au moins des premier et deuxième signaux périodiques de même fréquence et à déphaser le deuxième signal périodique par rapport au premier d'un angle donné correspondant à la consigne de charge et en ce que la commande transmise est une commande analogique formée par le déphasage entre les deux signaux périodiques. Un tel système de gestion de charge fournit une consigne de charge simple constituée par le déphasage entre deux signaux périodiques et efficace en raison de l'utilisation de signaux analogiques permettant d'éviter toute indisponibilité due à un défaut logiciel, le véhicule produisant directement la valeur de consigne. En outre un tel système de gestion de charge assure une recharge continue sans coupure et insensible à toute perturbation électromagnétique. En outre, un tel système ne nécessite pas le développement d'un calculateur de communication (par exemple de type CAN ou PLC) pour effectuer le contrôle de la charge
comme c'est le cas pour les systèmes CHAdeMO ou COMBO, permettant d'obtenir un gain en matière de coût et de maintenance. Selon un mode de réalisation avantageux, le système comprend en outre un générateur de signaux périodiques apte à générer des signaux périodiques de même fréquence et de même forme. L'utilisation d'un seul générateur de signaux côté véhicule pour la génération de la consigne de charge s'avère une solution simple et peu coûteuse. Selon une variante avantageuse, les premier et deuxième signaux périodiques reçus sont identiques. Une telle solution permet un réglage unique du générateur de signaux.
Selon un autre mode de réalisation, le circuit déphaseur retarde le deuxième signal périodique par rapport au premier. Selon un autre mode de réalisation, le système comprend un connecteur comprenant quatre fils et une liaison à la terre. L'utilisation des signaux périodiques pour transmettre directement la consigne de charge permet de réduire le nombre de fils de connexion entre le véhicule et la borne de recharge à quatre fils de connexion et une liaison à la terre en comparaison des systèmes antérieurs qui nécessitent 8 fils pour certains sans liaison à la terre et 5 fils plus une liaison à la terre pour d'autres. On a donc un gain en ergonomie du connecteur.
Un deuxième aspect de la présente invention concerne une borne de recharge pour véhicule électrique ou hybride, reliée à un réseau de distribution d'électricité et comprenant un chargeur pour effectuer une recharge d'un véhicule connecté à la borne, caractérisée en ce que la borne de recharge est apte à recevoir des signaux périodiques de même fréquence du véhicule connecté et comprend en outre un circuit détecteur de déphasage apte à déterminer un angle de déphasage entre les signaux périodiques reçus et à fournir au chargeur une consigne de charge correspondant à l'angle de déphasage déterminé. Une telle borne de recharge est adaptée pour fonctionner avec un système de gestion de charge selon le premier aspect. Elle présente l'avantage de pouvoir détecter simplement et de manière fiable la consigne de charge reçue.
Selon un mode de réalisation avantageux, la borne de recharge comprend en outre un générateur de signaux périodiques apte à transmettre les signaux périodiques générés au véhicule connecté et à être utilisé dans un mode de charge alternative standard. Une telle borne de recharge présente l'avantage d'utiliser un générateur de signaux unique côté borne, déjà présent sur les bornes de recharge adaptées pour effectuer des charges alternatives standardisées selon le mode de charge n°3 décrit dans le projet de norme IEC 61851-1. Avantageusement, le générateur de signaux périodiques est apte à générer des signaux de même fréquence de même forme. Selon une variante avantageuse, la borne de recharge est une borne mixte comprenant une ligne pilote pour assurer la transmission avec un système de gestion de charge de véhicule et un générateur de signal périodique carré pour effectuer une charge alternative en mode 3. Un tel système s'avère intéressant dans la mesure où il suffit de rajouter à un système de gestion pour charge alternative uniquement une partie de commande de charge en courant continu, à savoir les moyens pour fournir une consigne de charge par l'intermédiaire de signaux périodiques déphasés. Selon un autre mode de réalisation avantageux, la consigne de charge est utilisée pour piloter le chargeur. Un tel pilotage direct du chargeur par la consigne de charge transmis par le véhicule permet de réduire les risques d'indisponibilité logicielle. Selon une variante de réalisation, le chargeur comprend un hacheur quatre quadrants à deux bras pilotés directement par les signaux périodiques déphasés reçus. Un tel pilotage direct des bras du chargeur par les signaux périodiques déphasés transmis par le véhicule permet également de réduire les risques d'indisponibilité logicielle. Quelque soit la variante choisie, on a une commande directe ne nécessitant pas d'étape de traitement d'une information numérique avec un module de communication dédié. Il en ressort que le temps d'un cycle de commande, i.e. envoi de la consigne jusqu'à l'obtention de la puissance voulue, est raccourci.
Selon un autre mode de réalisation la borne de recharge comprend des moyens de correction de la consigne de charge déterminée en fonction des conditions internes de la borne. De tels moyens permettent de corriger la consigne de charge en tenant compte des conditions internes de la borne, en particulier de sa température et des besoins de l'usager. Un troisième aspect de l'invention concerne un véhicule électrique ou hybride apte à être connecté à une borne de charge selon le deuxième aspect de l'invention, caractérisé en ce que le véhicule est équipé d'un système de gestion de charge selon le premier aspect de l'invention. A cet effet, on notera que le générateur de signaux périodiques est agencé soit côté système de gestion, c'est-à-dire côté véhicule, soit côté borne de recharge. Selon un mode de réalisation avantageux, le véhicule comprend un chargeur embarqué pour charge alternative apte à être réutilisé pour élaborer l'angle donné de la consigne de charge en fonction des besoins du système de gestion de charge. On a ainsi un gain en termes de temps, de coûts et de procédé de fabrication. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente un système de gestion de charge connecté à une borne de recharge selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; la figure 2 représente un système de gestion de charge connecté à une borne de recharge selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention. La figure 1 représente un système de gestion de charge 10 pour véhicule électrique (VE) ou véhicule hybride (VH) connecté à une borne de recharge 20.
Le système de gestion de charge 10 comprend une unité de conversion (UC) 12 du besoin en puissance d'au moins une batterie 14 du véhicule en une consigne de charge Cons(a) sous forme d'un angle donné (a) correspondant à ce besoin en puissance. Le système 10 comprend également un circuit déphaseur 16 recevant en entrée l'angle de la consigne de charge Cons(a) et un signal périodique S(T) et fournissant en sortie un signal périodique S(T+a) de même fréquence, déphasé de l'angle donné (a). De préférence, le déphasage avec l'angle donné (a) est un retard de phase par rapport au signal périodique S(T) reçu. Enfin le système comprend des moyens de transmission, par exemple sous forme d'une ligne pilote telle que décrit dans le cadre du projet de norme IEC 61851-1, aptes à transmettre une commande contenant la consigne de charge à la borne de recharge 20. La commande transmise est une commande analogique formée par le déphasage (a) entre les deux signaux périodiques S(T) et S(T+a). La borne de recharge 20 comprend un générateur de signaux périodiques (GSP) 22 pour générer notamment le signal périodique S(T) transmis au déphaseur 16 du système de charge par le biais des moyens de transmission. On notera que ce générateur de signaux périodiques peut être également utilisé dans le cadre d'une borne mixte apte à effectuer une charge alternative en mode 3 selon le projet de norme IEC 61851-1. La borne comprend en outre un circuit détecteur de déphasage 24 recevant en entrée les deux signaux périodiques S(T) et S(T+a) déphasés l'un par rapport à l'autre de l'angle (a) correspondant à la consigne de charge. On notera à cet effet que les deux signaux périodiques sont de préférence identiques, c'est-à-dire de même fréquence, de même forme et de même amplitude, excepté en ce qui concerne leur déphasage l'un par rapport à l'autre. Le circuit détecteur de déphasage retrouve l'angle de déphasage entre les deux signaux reçus en entrée et fournit en sortie la consigne de charge à un chargeur 26 relié à un réseau de distribution d'électricité (RES), comme par exemple le réseau EDF. Entre le circuit détecteur de déphasage et le chargeur peut être prévu une unité de correction 28 corrigeant la consigne de charge en tenant compte des conditions internes de la borne, comme par exemple la température, les besoins usagers, etc. Ainsi la consigne de charge ou consigne de commande est utilisée pour réaliser le pilotage du chargeur 26.
La figure 2 représente un autre mode de réalisation dans lequel le système de gestion de charge 10 pour véhicule électrique (VE) ou véhicule hybride (VH) comprend également une unité de conversion et un circuit déphaseur présentant les mêmes fonctionnalités que celles exposées en relation avec la figure 1 et qui ne seront donc pas répétées ici. A la différence du mode exposé avec la figure 1, le système de gestion de charge comprend en outre le générateur de signaux périodiques (GSP) 18 qui est agencé côté véhicule et non pas côté borne de recharge 20. En ce qui concerne la borne de recharge 20, elle comporte également un chargeur 26 relié à un réseau de distribution d'électricité (RES). Alternativement au mode de réalisation de la figure 1, il est possible de prévoir une commande directe du chargeur, du type chargeur quatre quadrants à deux bras. Dans ce cas, les deux signaux périodiques S(T) et S(T+a) déphasés l'un par rapport à l'autre d'un angle (a) correspondant à la consigne de charge Cons(a) pilotent directement les deux bras du hacheur quatre quadrants inclus dans le chargeur. On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées.

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS1. Système de gestion de charge (10) en courant continu d'un véhicule électrique (VE) ou hybride (VH), comprenant une unité de conversion (12) du besoin en puissance pour effectuer une recharge du véhicule en une consigne de charge (Cons(a)) et des moyens de transmission aptes à transmettre une commande contenant la consigne de charge à une borne de recharge, caractérisé en ce que le système de gestion de charge comprend en outre un circuit déphaseur (16) apte à recevoir au moins des premier et deuxième signaux périodiques (S(T), S(T+a)) de même fréquence et à déphaser le deuxième signal périodique (S(T+a)) par rapport au premier (S(T)) d'un angle donné (a) correspondant à la consigne de charge (Cons(a)) et en ce que la commande transmise est une commande analogique formée par le déphasage entre les deux signaux périodiques.
  2. 2. Système de gestion de charge (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un générateur de signaux périodiques (18) apte à générer des signaux périodiques de même fréquence et de même forme.
  3. 3. Système de gestion de charge (10) selon la revendication 1 ou 20 2, caractérisé en ce que les premier et deuxième signaux périodiques (S(T), S(T+a)) reçus sont identiques.
  4. 4. Système de gestion de charge (10) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit déphaseur (16) retarde le deuxième signal périodique (S(T+a)) par rapport au premier (S(T)). 25
  5. 5. Système de gestion de charge (10) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un connecteur comprenant quatre fils et une liaison à la terre.
  6. 6. Borne de recharge (20) pour véhicule électrique (VE) ou hybride (VH), reliée à un réseau de distribution d'électricité (RES) et comprenant un chargeur (26) pour effectuer une recharge d'un véhicule connecté à la borne, caractérisée en ce que la borne de recharge est apte à recevoir des signaux périodiques (S(T), S(T+a)) de même fréquence du véhicule connecté et comprend en outre un circuit détecteur de déphasage (24) apte à déterminer un angle (a) de déphasage entre les signaux périodiques reçus et à fournir au chargeur une consigne de charge (Cons(a)) correspondant à l'angle de déphasage déterminé.
  7. 7. Borne de recharge (20) selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un générateur de signaux périodiques (22) apte à transmettre les signaux périodiques (S(T)) générés au véhicule connecté et à être utilisé dans un mode de charge alternative standard.
  8. 8. Borne de recharge (20) selon la revendication 7, caractérisée 15 en ce que le générateur de signaux périodiques (22) est apte à générer des signaux (S(T)) de même fréquence de même forme.
  9. 9. Borne de recharge (20) selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il s'agit d'une borne mixte comprenant une ligne pilote pour assurer la transmission avec un système de gestion de charge (10) de 20 véhicule et un générateur de signal périodique carré pour effectuer une charge alternative en mode 3.
  10. 10. Borne de recharge (20) selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la consigne de charge (Cons(a)) est utilisée pour piloter le chargeur (26). 25
  11. 11. Borne de recharge (20) selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le chargeur (26) comprend un hacheur quatre quadrants à deux bras pilotés directement par les signaux périodiques (S(T), S(T+a)) déphasés reçus.
  12. 12. Borne de recharge (20) selon l'une des revendications 6 à 11, 30 caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de correction (28) de la 2974252 -10- consigne de charge (Cons(a)) déterminée en fonction des conditions internes de la borne.
  13. 13. Véhicule électrique (VE) ou hybride (VH) apte à être connecté à une borne de charge (20) selon l'une des revendications 6 à 12, caractérisé 5 en ce qu'il est équipé d'un système de gestion de charge (10) selon l'une des revendications 1 à 5.
  14. 14. Véhicule électrique (VE) ou hybride (VH) selon la revendication 13, comprenant un chargeur embarqué pour charge alternative, caractérisé en ce que le chargeur embarqué est apte à être réutilisé pour élaborer l'angle 10 donné (a) de la consigne de charge (Cons(a)) en fonction des besoins du système de gestion de charge (10).
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