FR2992592A1 - Procede de commande d'une charge sans contact avec securisation des communications - Google Patents

Abstract

Procédé de commande d'un chargeur de batterie automobile de type sans contact, comprenant une borne de charge destinée à être fixée au sol et une borne de charge destinée à être fixée dans un véhicule automobile, la borne de charge au sol et la borne de charge dans le véhicule communiquant ensemble sans fil par l'émission périodique de trames, le procédé étant caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes, on détermine une requête de charge du conducteur, on réalise des contrôles préalables à la charge, on surveille la continuité de la communication entre la borne au sol et la borne dans le véhicule, avant et/ou pendant la charge, et on empêche la charge si la communication est interrompue.

Description

Procédé de commande d'une charge sans contact avec sécurisation des communications L'invention a pour domaine technique la commande de chargeurs pour véhicules automobiles, et plus particulièrement la commande de chargeurs sans contact. Le système de charge par induction ou « charge sans contact » pour véhicules électriques et hybrides plug-in est constitué de deux bornes : une au sol qui est alimentée par le réseau et qui permet de fournir l'énergie nécessaire à la recharge de la batterie ; et une borne dans le véhicule qui reçoit cette énergie pour la transmettre à la batterie. Ce système apporte une amélioration du confort et de l'ergonomie d'utilisation, par rapport à une charge classique avec prise, puisqu'il n'y a pas de risque d'oubli de branchement tandis que les contraintes liées au poids de la prise disparaissent. Ces deux systèmes communiquent entre eux par transmission sans fil, par exemple de type Wifi (Acronyme anglais pour « Wireless Fidelity »), en utilisant un protocole de communication, par exemple de type CAN (Acronyme anglais pour « Controller Area Network »).

Cette répartition du chargeur en une partie fixe au sol et une partie embarquée dans le véhicule crée une difficulté pour le procédé de commande de la charge. Celui-ci doit être capable de gérer le positionnement des deux parties du système, de synchroniser leurs états et opérations et d'assurer la sécurité de fonctionnement globale.

En effet, le flux d'informations transitant par Wifi, il ne faut pas que celui-ci soit interrompu par des causes extérieures, comme par exemple des perturbations électromagnétiques ou le passage d'un objet dans le flux. Dans cette éventualité, il pourrait y avoir incohérence entre les actions demandées par le véhicule et l'état de la borne. Cela pourrait amener à des situations particulièrement dangereuses comme un maintien de l'émission de puissance par la borne au sol alors que la batterie est pleine. Par conséquent, le système de contrôle de la charge qui est aujourd'hui embarqué dans les véhicules électriques et hybrides plug- in avec charge classique avec prise n'est pas adapté pour ce nouveau type de charge car il n'intègre pas de communication synchronisée et sécurisée entre la borne de charge et une borne embarquée dans le véhicule.

Le document US20110163713 présente un dispositif de charge qui ne possède pas d'architecture de contrôle distribuée, et pas de communication entre les deux parties. La bobine émettrice démarre de façon périodique, émet une faible puissance pour détecter si une bobine réceptrice est dans son champ d'action. Si une bobine est détectée, la charge démarre, sinon le système se met à l'arrêt, jusqu'à un nouveau réveil. Ce système n'est pas sécurisé notamment vis-à-vis de l'état de charge de la batterie. De l'état de la technique, on connait également le document EP666805 divulguant un système et un procédé de charge sans contact muni de moyens de suivi de position. Il existe un besoin pour un système de commande de la charge, distribuée entre une borne au sol et une borne embarquée, permettant une communication entre les deux bornes, la communication étant sécurisée vis-à-vis des perturbations extérieures.

L'invention a pour objet un procédé de commande d'un chargeur de batterie automobile de type sans contact, comprenant une borne de charge destinée à être fixée au sol et une borne de charge destinée à être fixée dans un véhicule automobile, la borne de charge au sol et la borne de charge dans le véhicule communiquant ensemble sans fil par l'émission périodique de trames, le procédé comprenant les étapes suivantes, on détermine une requête de charge du conducteur, on réalise des contrôles préalables à la charge, on surveille la continuité de la communication entre la borne au sol et la borne dans le véhicule, avant et/ou pendant la charge, et on empêche la charge si la communication est interrompue. On peut estimer si un défaut de communication existe entre la borne au sol et la borne dans le véhicule, préalablement au démarrage de la charge, si tel est le cas, on détermine si le nombre estimé de défauts de communication dans une durée prédéterminée est inférieur à une valeur prédéterminée, si tel est le cas, on estime que la communication a repris et on commande le début de la charge, sinon on maintient la puissance de charge à zéro et on détermine si la communication est interrompue au bout d'une temporisation prédéterminée, si tel est le cas on maintient la puissance de charge à zéro et on commande la sécurisation électrique du véhicule, sinon on commande le démarrage de la charge. Après le démarrage de la charge, on peut estimer si un défaut de communication existe entre la borne au sol et la borne dans le véhicule, si tel est le cas, on détermine si le nombre estimé de défauts de communication dans une durée prédéterminée est inférieur à une valeur prédéterminée, si tel est le cas, on estime que la communication a repris et on commande la poursuite de la charge, sinon on commande la réduction de la puissance de charge à zéro et on détermine si la communication est interrompue au bout d'une temporisation prédéterminée, si tel est le cas on maintient la puissance de charge à zéro et on commande la sécurisation électrique du véhicule, sinon on commande l'augmentation de la puissance de charge à la valeur précédant l'interruption de communication. On peut estimer la présence de défauts de communication en temps réel ou périodiquement. On peut estimer l'existence d'un défaut de communication lorsqu'un nombre de trames consécutives compris entre deux et cinq n'est pas reçu par la borne au sol ou par la borne dans le véhicule, de préférence lorsque trois trames consécutives n'ont pas été reçues par la borne au sol ou par la borne dans le véhicule.

On peut estimer l'existence d'un défaut de communication lorsque le nombre de trames requis n'est pas reçu sur une période de 40ms à compter de l'instant marquant la première trame non reçue. On peut déterminer une interruption de communication au bout d'une temporisation correspondant à la détection de trois à dix défauts de communication consécutifs, de préférence au bout de sept défauts de communication consécutifs. On peut commander la sécurisation électrique du véhicule en déconnectant les relais haute tension de la batterie.

D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée uniquement en tant qu'exemple non limitatif et faite en référence à la figure unique annexée illustrant les principales étapes d'un procédé de commande d'une charge sans contact.

La figure unique illustre de façon schématique les échanges de données entre la borne équipant le véhicule faisant l'objet d'une recharge et la borne au sol. La borne équipant le véhicule et la borne au sol communiquent en interne par exemple suivant un protocole CAN standard. Par communication en interne, on entend pour la borne équipant le véhicule la communication avec les différents organes du véhicule, et pour la borne au sol, la communication avec les différents moyens la composant. Par la suite, on emploiera le terme « véhicule » pour faire référence, selon le contexte, à « la borne équipant le véhicule ».

Des trames (paquets de données au format CAN transitant à une fréquence imposée par le codage) émises de façon périodique par le véhicule sont reçues par la borne au sol et inversement. Ces trames périodiques ont par exemple un identifiant spécifique indiquant qu'il s'agit de trames de contrôle de la liaison Wi-Fi. Le véhicule transmet au minimum à la borne de charge une requête de charge et la consigne de puissance de charge. D'autres informations peuvent être échangées. Toutefois, dans un esprit de concision de l'exposé, il ne sera fait référence qu'à un nombre restreint d'entre elles.

De même, la borne de charge envoie des informations concernant son état et des informations permettant de calculer la puissance qu'elle délivre (tension et courant). On peut éventuellement envisager que la borne réalise le calcul de puissance et dans ce cas, le message échangé sera de type puissance. Ici encore, d'autres informations peuvent être échangées. Toutefois, dans un esprit de concision de l'exposé, il ne sera fait référence qu'à un nombre restreint d'entre elles. Le procédé de commande permet de détecter les problèmes de communication entre le véhicule et la borne puis de réagir en conséquence par étapes. La puissance émise est coupée et s'il y a persistance du problème, la batterie est électriquement séparée du véhicule qui est électriquement séparé du chargeur au moyen de relais. La charge devient alors impossible et seule une intervention humaine peut relancer la charge. C'est un moyen de détecter un défaut confirmé et périodique. Le procédé de commande est réparti entre le véhicule et la borne au sol, de sorte que la charge ne peut être réalisée que si le véhicule et la borne de charge au sol se trouvent à proximité et sont capables de communiquer entre eux. Le procédé de commande relatif à la borne de charge au sol permet d'émettre des informations relatives au courant et à la tension de charge à destination du véhicule, de contrôler le suivi de position du véhicule par rapport à la borne de charge, d'effectuer le recalage de la fréquence de résonnance pour avoir le courant et la tension en phase permettant le meilleur transfert de puissance (« tracking », en langue anglaise) et de superviser le bon fonctionnement de la borne de charge au sol afin d'émettre l'information correspondante en réponse à une requête du véhicule. Les différentes informations sont échangées par Wifi avec le véhicule. Le procédé de commande relatif à la borne de charge au sol peut affecter une valeur à une variable d'état décrivant l'état de la borne de charge. Cette variable d'état peut prendre quatre valeurs : 1 - Etat d'initialisation 2 - Prêt à charger 3 - Arrêt dysfonctionnel de charge 4 - Arrêt dysfonctionnel de charge due à un problème de communication. Le procédé de commande relatif au véhicule permet de commande la commutation des relais de charge sans contact (CSC), de fournir une consigne de puissance de charge à la borne de charge au sol, d'émettre une requête de charge au sol et d'arrêter l'émission d'une requête de charge au sol, les différentes requêtes et consignes étant envoyée par Wifi. Les relais de charge sans contact (CSC) sont situés entre le système de charge sans contact et un boîtier de jonction qui relie tous les organes du réseau électrique du véhicule. Le procédé de commande relatif au véhicule peut générer une requête de charge à destination de la borne au sol qui peut prendre différentes valeurs. La requête de charge peut prend quatre valeurs : 1 - Etat d'initialisation 2 - Demande de charge 3 - Requête d'arrêt fonctionnel 4 - Requête d'arrêt dysfonctionnel Le véhicule et la borne de charge au sol communiquent par Wifi selon le protocole CAN. Outre l'émission de requêtes et données, le procédé de commande assure la sécurité dans l'échange de données entre le véhicule et la borne de charge au sol, tout en assurant la sécurité du véhicule et de l'utilisateur en prévenant toute surcharge de la batterie ou toute émission de puissance lorsque le véhicule n'est pas prêt à la recevoir. Le procédé de commande va être maintenant décrit plus en détail en relation avec la figure unique. Au cours d'une première étape 1, le procédé de commande permet de réaliser une série de contrôles préalables au lancement d'une charge sans contact.

Dans toute la suite de la description, il est décrit des interactions Homme-Machine spécifiques. Toutefois, l'homme du métier pourra aisément les adapter à d'autres interactions ayant le même but.

Dans une première sous-étape la, on détecte une rotation de la clé de contact, par exemple au moins au niveau de la position accessoire de la clé de contact. Une telle action est interprétée comme un réveil du véhicule par le conducteur. Au cours d'une deuxième sous-étape lb, on connecte les relais HT (haute tension) de la batterie. Au cours d'une troisième sous-étape 1 c, on détecte ensuite l'enfoncement d'un bouton de lancement de charge à bord. On détecte également, simultanément ou en succession, qu'il n'y a pas de défaut du système de charge, que la prise de charge filaire n'est pas branchée et que le moteur est à l'arrêt. Si les différents contrôles sont satisfaits, le procédé se poursuit par une quatrième sous-étape ld au cours de laquelle on procède à la fermeture des relais CSC (Charge sans contact). Alternativement, une étape le peut être introduite entre les étapes ld et 2. L'étape le permet de vérifier que le conducteur ne démarre pas le véhicule ou que la batterie n'est pas déjà chargée à son potentiel maximum. Si tel est le cas, le procédé se termine à l'étape lf par l'émission d'une demande d'arrêt de charge fonctionnel. Le système ne présente pas de défaut, mais la charge n'est pas requise ou n'est pas possible pour des raisons non techniques (batterie pleine). Sinon, le procédé se poursuit par une deuxième étape 2. Au cours de la deuxième étape 2, le procédé de commande vérifie que les conditions d'acceptation de charge sont bien remplies. Pour cela, on vérifie que les relais CSC et les relais HT de la batterie sont bien fermés. La requête de charge prend alors la valeur 2 correspondant à l'action demande de charge. Au cours d'une troisième étape 3, le procédé de commande requiert l'état de la borne au sol. Le procédé se poursuit à la quatrième étape 4 si l'état de la borne du sol est à la valeur 2 qui correspond à borne au sol prête à charger. Si tel est le cas, on envoie la consigne de puissance de charge afin de charger la batterie. Au cours d'une cinquième étape 5, on surveille la charge en comparant la puissance demandée à la puissance effectivement émise par la borne au sol. Alternativement, une régulation de la puissance émise sur la puissance requise peut être ajoutée. Au cours de cette cinquième étape, on va également surveiller la communication des données sur le CAN et sur le Wifi, afin en particulier, de s' assurer que les données circulent de façon ininterrompue. Plus particulièrement, la réception des données est surveillée d'une part au niveau du sol et d'autre part au niveau du véhicule. Ceci permet de déterminer si les données sont correctement rafraîchies et continues. Si le flux de données est continu, le procédé se poursuit à l'étape 5a par la charge de la batterie. Toutefois, une surveillance périodique ou en temps réel des communications est effectuée de sorte que l'étape 5 est exécutée périodiquement ou en continu (par exemple en tache de fond). Il est alors possible qu'un défaut de communication postérieur à la première vérification interrompe la charge et requiert l'exécution des étapes 6 à 8 décrites ci-après. Si la borne au sol ne reçoit pas un flux continu de données, le procédé de commande renvoie au véhicule une information correspondant à l'état d'arrêt dysfonctionnel du chargeur dû à un problème de communication et correspondant à la variable d'état 4.

Cette information revient à relever un défaut au niveau du sol. Si le système de commande de la borne embarquée dans le véhicule ne reçoit pas un flux continu d'information, il génère une information de problème de communication. Dans le cas d'un problème de communication du véhicule ou d'un état d'arrêt dysfonctionnel du chargeur dû à un problème de communication, le procédé de commande surveille la continuité du flux de données entre la borne au sol et le véhicule. Pour cela, le procédé de commande comprend les étapes suivantes : Au cours d'une étape 6, on compte le nombre de fois que trois trames consécutives n'ont pas été reçues par l'une des deux parties, c'est-à-dire la borne au sol ou le véhicule. Par trame, on entend une ou plusieurs des informations échangées entre la borne au sol et le véhicule. Lorsque trois trames consécutives n'ont pas été reçues par l'une des deux parties, on détermine qu'il existe un défaut de communication. Alternativement, on peut considérer qu'il existe un défaut de communication lorsqu'un nombre de trames consécutives compris entre 2 et 5 n'est pas reçu par l'une des deux parties. Alternativement ou en combinaison, on peut limiter le nombre de trames consécutives comptabilisées pour déclarer qu'il existe un défaut de communication, aux trames non reçues dans une période de 40ms à compter de l'instant de marquant la première trame non reçue. Une telle période de temps est suffisante pour garantir un temps de diagnostic assez long pour considérer la présence d'un défaut et suffisamment court pour pouvoir agir en sécurité. Dans cet état, le procédé de commande va réaliser des étapes permettant de sécuriser les communications si l'origine du problème de communication réside dans un défaut de communication au niveau du sol ou dans un défaut de communication au niveau du véhicule. En d'autres termes, les étapes 6 à 8 sont réalisées, si un problème de communication est détecté par le véhicule ou par la borne au sol.

Ainsi, suite à un défaut de communication vu par le bord ou vu par le sol, le procédé de commande, au cours d'une étape 7, réduit instantanément la requête de puissance à zéro. Toutefois, on maintient fermés les relais CSC et on maintient la valeur de la requête de charge à 2 (valeur correspondant à la demande de charge) pendant une temporisation correspondant à la détection de sept défauts de communication consécutifs. Alternativement, on peut considérer une temporisation correspondant à la détection de trois à dix défauts de communication consécutifs.

Au cours d'une étape 8, on détermine si la communication est rétablie durant la temporisation. Si tel est le cas, on émet une consigne de puissance de charge correspondant à la valeur précédant la temporisation et la charge reprend. Le procédé reprend ainsi à l'étape 4 suivie de l'étape 5 comprenant la surveillance de la communication entre la borne au sol et le véhicule. Sinon, le procédé se poursuit à l'étape 9 au cours de laquelle on maintient la consigne de puissance de charge à zéro et on ouvre les relais CSC pour isoler la batterie du système de charge sans contact et on endort le calculateur au bord. Le véhicule est donc endormi. L'utilisateur doit alors intervenir pour résoudre le problème de charge. La charge ne peut donc reprendre même si la communication est rétablie.

Comme décrit plus haut, le procédé de commande requiert l'état de la borne au sol au cours d'une troisième étape 3 et se poursuit à la quatrième étape 4 si l'état de la borne du sol est à la valeur 2. Toutefois, si le véhicule ne reçoit pas de réponse d'acquiescement en provenance de la borne au sol, le procédé de commande va mémoriser l'état courant (étape 3), et se poursuivre par les étapes 6 à 8. A l'issue de l'étape 8, si le problème de communication est résolu, le procédé reprend à l'étape 3 avec l'émission de la requête de charge, sinon il se termine à l'étape 9. Le procédé de commande décrit ci-dessus assure la sécurité du véhicule et de l'utilisateur car il est prévu de couper la puissance de charge dès que les deux parties ne communiquent plus. De plus, la mise en place de cette sécurité est progressive puisque la charge peut reprendre si la communication est rétablie. Cela peut arriver dans le cas de la perturbation du champ électromagnétique suite au passage d'un animal. Ce procédé de commande permet donc de ne pas couper la charge du véhicule à chaque perturbation et l'utilisateur n'est pas obligé de redémarrer son véhicule suite à un problème. Notamment, on reste dans le même état du système de charge sans avoir à reprendre toute la procédure depuis le début.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un chargeur de batterie automobile de type sans contact, comprenant une borne de charge destinée à être fixée au sol et une borne de charge destinée à être fixée dans un véhicule automobile, la borne de charge au sol et la borne de charge dans le véhicule communiquant ensemble sans fil par l'émission périodique de trames, le procédé étant caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes, on détermine si le conducteur a émis une requête de charge, on réalise des contrôles préalables à la charge, on détermine l'absence de défauts de communication entre la borne au sol et la borne dans le véhicule, avant et/ou pendant la charge, et on empêche la charge de la batterie automobile par l'intermédiaire de la borne au sol et de la borne dans le véhicule si la communication est interrompue.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on estime si un défaut de communication existe entre la borne au sol et la borne dans le véhicule, préalablement au démarrage de la charge si tel est le cas, on détermine si le nombre estimé de défauts de communication dans une durée prédéterminée est inférieur à une valeur prédéterminée, si tel est le cas, on estime que la communication a repris et on commande le début de la charge, sinon on maintient la puissance de charge à zéro et on détermine si la communication est interrompue au bout d'une temporisation prédéterminée, si tel est le cas on maintient la puissance de charge à zéro et on commande la sécurisation électrique du véhicule, sinon on commande le démarrage de la charge.
3. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel, après le démarrage de la charge, on estime si un défaut decommunication existe entre la borne au sol et la borne dans le véhicule, si tel est le cas, on détermine si le nombre estimé de défauts de communication dans une durée prédéterminée est inférieur à une valeur prédéterminée, si tel est le cas, on estime que la communication a repris et on commande la poursuite de la charge, sinon on commande la réduction de la puissance de charge à zéro et on détermine si la communication est interrompue au bout d'une temporisation prédéterminée, si tel est le cas on maintient la puissance de charge à zéro et on commande la sécurisation électrique du véhicule, sinon on commande l'augmentation de la puissance de charge à la valeur précédant l'interruption de communication.
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel on estime la présence de défauts de communication en temps réel ou périodiquement.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel on estime l'existence d'un défaut de communication lorsqu'un nombre de trames consécutives compris entre deux et cinq n'est pas reçu par la borne au sol ou par la borne dans le véhicule, de préférence lorsque trois trames consécutives n'ont pas été reçues par la borne au sol ou par la borne dans le véhicule.
6. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel on estime l'existence d'un défaut de communication lorsque le nombre de trames requis n'est pas reçu sur une période de 40ms à compter de l'instant marquant la première trame non reçue.
7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on détermine une interruption de communication au bout d'une temporisation correspondant à la détection de trois à dix défauts de communication consécutifs, de préférence au bout de sept défauts de communication consécutifs.
8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel on commande la sécurisation électrique du véhicule en déconnectant les relais haute tension de la batterie.