FR3077169A1 - Adaptation automatique du regime de neutre en v2h - Google Patents

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Abstract

Ce système (1) automatisé et sécurisé de charge d'une batterie (B) de véhicule automobile (V) à partir d'un générateur ilôté (GI) en régime de neutre IT comprend un filtre analogique (FA) pour filtrer des fréquences parasites, des moyens de détection (MD) d'impulsions de courant injectées dans un conducteur de terre par le véhicule automobile, et des moyens de commande (MC) pour activer ou désactiver la charge de la batterie (B) du véhicule automobile (V) tout en changeant de régime de neutre en fonction de l'activation ou la désactivation de la charge de la batterie (B) ou de l'état du réseau électrique (RE).

Description

Adaptation automatique du régime de neutre en V2H
L’invention concerne la gestion du régime de neutre d’un chargeur bidirectionnel de véhicule automobile électrique en mode ilôté, et notamment mais non exclusivement la charge d’un véhicule automobile électrique disposant d’un chargeur intégré au véhicule, désigné généralement par le terme de chargeur Caméléon®.
Elle se rapporte également, de manière générale à tout autre appareil qui effectue une vérification de la boucle de terre, à partir d’un tel chargeur bidirectionnel.
Une des applications d’un chargeur bidirectionnel de véhicule électrique est la fourniture d’un courant alternatif ayant une fréquence 50 à 60Hz pour alimenter une installation électrique déconnectée du réseau électrique public. Il s’agit du mode Véhicule à Domicile (« Vehicle to Home » selon le terme anglais usuel) et ses dérivés Véhicule à Borne (« Vehicle to load » selon le terme anglais usuel) et Véhicule à Véhicule (« Vehicle to Vehicle » selon le terme anglais usuel).
Ce chargeur, une fois déconnecté du réseau électrique public, agit comme un générateur et perd le régime de neutre qui est habituellement imposé. Par exemple, le régime de neutre habituel en France est le régime de neutre TT ou le régime IT dans une bonne partie de la Norvège.
Il convient de choisir le régime de neutre le mieux adapté pour le générateur ilôté, c’est-à-dire, déconnecté du réseau électrique public, sachant qu’il est fortement limité en intensité de court-circuit pour le cas d’un onduleur. Pour cela, il est possible de faire un choix entre trois régimes de neutre différents, les régimes de neutre TN, TT ou IT.
Le régime de neutre TN dont le neutre du générateur est raccordé à la terre et les masses reliées côté utilisateur au neutre, ne semble pas adapté car il est difficile de faire disjoncter les protections. Le régime TT dont le neutre du générateur est raccordé à la terre et les masses côté utilisateur sont aussi reliées à la terre, ne semble pas non plus adapté car il nécessite d’installer deux piquets de terre, l’un au niveau du générateur et l’autre au niveau des charges alimentées.
Le régime IT dont le neutre du générateur est raccordé à une impédance, semble le plus adapté car il permet d’améliorer la disponibilité du système, c’est-à-dire la résilience à un premier défaut d’isolement. Ce régime impose de surveiller l’isolement, à l’aide d’un dispositif dénommé « contrôleur permanent d’isolement » (« insulation monitoring device » selon le terme anglais usuel) et est désactivé une fois que le générateur est connecté au réseau électrique.
Le générateur est donc pré-câblé en régime de neutre IT et sans lien entre le neutre et la terre et passera naturellement en régime de neutre IT une fois déconnecté du réseau électrique public.
Lorsque le générateur ilôté charge une batterie d’un véhicule automobile équipé d’un chargeur qui vérifie que la boucle terre/neutre est faiblement impédante, le régime de neutre IT devient contraignant.
Ce régime de neutre IT présente donc un inconvénient majeur lors de la charge d’une batterie d’un véhicule automobile électrique équipé d’un chargeur qui fait la vérification de la boucle terre/neutre, par exemple le chargeur Caméléon.
Pour pouvoir estimer l’impédance entre la terre et le neutre du générateur ilôté, il est possible d’injecter des impulsions de courant directement dans le chemin de terre selon un procédé tel que décrit dans les brevets FR2986618 et FR2990763.
Or, il est important que le réseau IT créé ne soit pas complètement flottant puisque, dans ce cas, les tensions entre le neutre et la terre ainsi qu’entre la phase et la terre seront d’environ 115V. Le chargeur ne saura pas retrouver le neutre et la phase et donc refusera la charge.
Par conséquent, la boucle terre/neutre doit avoir une impédance de valeur élevée, ce qui permet de fixer le potentiel du neutre. Ce qui malheureusement conduit certaines charges du chargeur à refuser de fonctionner.
L’enjeu est donc de réussir à charger la batterie d’un véhicule automobile électrique équipé de ce type de chargeur à partir d’un générateur en régime de neutre IT sans rencontrer les inconvénients liés à ce régime.
L’invention se propose de pallier tout ou une partie des inconvénients précités à l’aide d’un système utilisant un algorithme automatisé de gestion du régime de neutre en mode ilôté.
L’invention a donc pour objet un système automatisé et sécurisé de charge d’une batterie de véhicule automobile à partir d’un générateur ilôté en régime de neutre IT, ce système comprenant un filtre analogique pour filtrer des fréquences parasites, des moyens de détection d’impulsions de courant injectées dans un conducteur de terre par le véhicule automobile, et des moyens de commande pour activer ou désactiver la charge de la batterie du véhicule automobile tout en changeant de régime de neutre en fonction de la sortie desdits moyens de détection.
De préférence, le filtre analogique est un filtre analogique réjecteur du second ordre accordé à une fréquence centrale de 50Hz de manière à filtrer les fréquences parasites supérieures et inférieures à ladite fréquence centrale.
Le choix d’un filtre analogique ayant de telles caractéristiques permet par la suite de pouvoir aisément détecter les fronts montants et les fronts descendants.
Avantageusement, les moyens de détection des impulsions de courant injectées dans le conducteur de terre par le véhicule automobile détectent les impulsions de courant qui ont une amplitude comprise entre 18 mA et 22 mA, et préférentiellement de 20 mA, une durée au moins supérieure à 0.8 ms, et préférentiellement de 1 ms, une période de 61 ms de préférence entre chaque pulsation, et vérifient qu’un temps de 100 qs entre la montée et la descente est respecté.
Ces injections de courant permettent aux charges d’estimer l’impédance de la boucle Neutre/Terre et vérifier si cette impédance est faible. Par ailleurs, ces injections de courant permettent aux moyens de détection de détecter si le chargeur qui demande la charge du véhicule automobile électrique est un chargeur qui effectue une vérification de la boucle de terre.
Préférentiellement, les moyens de commande sont aptes à changer de régime de neutre et à activer la charge de la batterie du véhicule automobile seulement si les moyens de détection détectent 5 impulsions.
En d’autres termes, les moyens de détection, en détectant 5 impulsions, repèrent qu’il s’agit bien de ce type de chargeur. Etant donné que certaines charges refusent de fonctionner sous un régime de neutre IT, les moyens de commande changent de régime de neutre et activent ainsi la charge de la batterie du véhicule automobile.
De préférence, les moyens de commande sont aptes à changer de régime de neutre en désactivant un dispositif permettant de contrôler l’isolement, et en fermant le conjoncteur de neutre.
En d’autres termes, le régime de neutre IT est caractérisé par un dispositif nommé « contrôleur permanent d’isolement » et le désactiver est une des conditions pour changer de régime de neutre.
Il est aussi caractérisé par l’absence de connexion entre le neutre et la terre comme dit précédemment. La fermeture du conjoncteur de neutre, conduit à la connexion entre le neutre et la terre et donc au changement de régime de neutre.
Selon un autre aspect, il est également proposé un procédé automatisé et sécurisé de charge d’une batterie de véhicule automobile à partir d’un générateur ilôté en régime de neutre IT, dans lequel on filtre des fréquences parasites, on détecte des impulsions de courant injectées dans le conducteur de terre par le véhicule automobile, et on active ou on désactive la charge de la batterie du véhicule automobile tout en changeant de régime de neutre en fonction de la sortie desdits moyens de détection.
De préférence, le filtrage analogique est un filtrage au second ordre avec une fréquence centrale de 50 Hz pour filtrer des fréquences parasites supérieures et inférieures à ladite fréquence centrale.
Préférentiellement, les impulsions de courant qui ont une amplitude comprise entre 18 mA et 22 mA, et préférentiellement de 20 mA, une durée au moins supérieure à 0,8 ms, et préférentiellement de 1 ms, une période de 61 ms de préférence entre chaque pulsation, et un temps de 100 us entre la montée et la descente sont détectées.
De préférence, le changement de régime de neutre et l’activation de la charge du véhicule automobile opèrent si 5 impulsions sont détectées.
Avantageusement, le changement de régime de neutre opère en désactivant un dispositif permettant de contrôler l’isolement, et en fermant le conjoncteur du neutre.
D’autres buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à l’examen de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple nullement limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 présente une vue d’ensemble de l’utilisation du système de charge d’une batterie d’un véhicule automobile selon un mode de réalisation;
- la figure 2 présente de manière schématique un système embarqué sécurisé de charge d’une batterie d’un véhicule automobile à partir d’un générateur ilôté selon un mode de réalisation;
- la figure 3 présente un organigramme d’un procédé de gestion du régime de neutre en mode ilôté lors de la charge d’un véhicule automobile selon un mode de mise en œuvre;
- la figure 4 représente trois graphiques en amplitude en temps illustrant les actions du filtre et des moyens de détection du système de la figure 2.
Sur la figure 1 est représenté le système de recharge d’un véhicule automobile V par l’intermédiaire d’un générateur GI raccordé à un réseau de distribution d’énergie électrique RE et piloté par un système de gestion du régime de neutre.
Le système de gestion est un système sécurisé 1 qui peut être embarqué dans un tableau de distribution ou une borne de recharge.
Une fois le générateur GI déconnecté du réseau RE suite à des causes diverses, par exemple une panne, il fonctionne comme un générateur ilôté en régime de neutre IT destiné à alimenter une batterie B d’un véhicule automobile électrique V.
On se référera à la figure 2 qui montre une vue détaillée du système sécurisé 1.
Sur cette figure, on reconnaît le réseau électrique RE, le générateur GI qui peut être raccordé au réseau par des commutateurs GS ainsi que le système sécurisé 1 raccordé au générateur GI.
Le réseau électrique RE, par exemple en schéma de liaison à la terre TN-S, comprend un relais de protection relié aux commutateurs IS. Quand ces commutateurs IS sont ouverts, cela veut dire que le réseau électrique RE est tombé. Dans le cas contraire, cela veut dire que le réseau électrique RE fonctionne.
Si le réseau fonctionne, le générateur GI est connecté au réseau électrique RE. Sinon, c’est un générateur en mode ilôté en régime de neutre IT après avoir fermé les commutateurs GS du générateur.
Une fois les commutateurs GS fermés, le générateur peut alimenter une batterie B d’un véhicule automobile V via une borne de recharge BR.
Le système 1 connecté au générateur GI comprend un filtre analogique FA, des moyens de détection MD et des moyens de commande MC.
Le filtre FA est un filtre analogique réjecteur du second ordre accordé à une fréquence centrale de 50Hz pour filtrer des fréquences parasites supérieures et inférieures à ladite fréquence centrale.
Les moyens de détection MD permettent de détecter des impulsions de courant injectées sur un signal filtré par le filtre FA.
Les moyens de commande MC permettent après détection d’un nombre d’impulsions prédéterminé par les moyens de détection MD, par exemple à partir de 5 impulsions, de reconnaître un chargeur qui effectue une vérification de la boucle de terre et ainsi agir sur un contrôleur de l’isolement permanent CPI et sur un conjoncteur de neutre NS.
La figure 3 représente un organigramme d’un procédé de gestion du régime de neutre en mode ilôté lors de la charge d’un véhicule automobile selon un mode de mise en œuvre.
Le procédé illustré est un algorithme automatisé de gestion du régime de neutre.
Dans la première étape 210, le réseau électrique étant à l’arrêt, il n’est plus connecté au générateur GI. Ce dernier étant préalablement pré-câblé en régime IT, il se met sous ce régime une fois déconnecté du réseau électrique.
Dans une étape suivante, le générateur étant ilôté, les moyens de commande illustrés à la figure 2 ferment les commutateurs GS du générateur et activent le contrôleur permanent d’isolement pour passer en régime de neutre IT.
Au cours de l’étape 212, le véhicule automobile VI connecté au générateur GI injecte des impulsions de courant dans le conducteur de terre dans le but de vérifier que la boucle terre/neutre est faiblement impédante. Ce qui n’est pas le cas en régime de neutre IT.
Ces impulsions de courant sont répétées 20 fois dans un premier sens (+20 mA puis - 20mA) et ensuite 20 fois dans l’autre sens (-20 mA puis +20 mA).
Lors de l’étape 213, on filtre le courant en rejetant toute fréquence supérieure ou inférieure à une fréquence centrale de 50Hz.
A l’étape 214, on détecte les impulsions de courant injectées dans le conducteur de terre par le véhicule automobile VI qui ont une amplitude comprise entre 18 mA et 22 mA, et préférentiellement de 20 mA, une durée au moins supérieure à 0,8 ms, et préférentiellement de 1 ms, une période de préférence de 61 ms entre chaque pulsation et un temps de lOOps entre la montée et la descente.
Chaque impulsion détectée permet d’incrémenter un compteur qui, ici au bout de 5 impulsions, permet aux moyens de détection de reconnaître que le chargeur est un chargeur qui fait une vérification de la boucle de terre.
Ainsi une fois le chargeur reconnu, on change de régime de neutre dans l’étape 215. On désactive alors le contrôleur permanent d’isolement et on ferme le conjoncteur de neutre NS, comme illustré dans la figure 2.
Au cours de l’étape 216, on active la charge de la batterie du véhicule automobile VI via un générateur qui n’est plus en régime de neutre IT. Ainsi, les charges du chargeur Caméléon pourront toutes fonctionner.
Une fois la charge terminée, on ouvre le conjoncteur du neutre et le générateur repasse en régime de neutre IT (étape 217).
Si le générateur ilôté GI en régime de neutre IT est de nouveau connecté au réseau électrique, on ouvre les commutateurs GS du générateur pour le désactiver et on change de régime en désactivant le contrôleur permanent d’isolement (étape 218).
La figure 4 représente trois graphiques dont les deux premiers présentent l’évolution de l’amplitude en milliampère, en fonction du temps en seconde, illustrant les actions du filtre. Le troisième graphique présente l’évolution du compteur N en fonction du temps en seconde, ce qui permet de mettre en évidence les moyens de détection du système de la figure 2.
Le premier graphique représente le signal complet du courant injecté en milliampère (mA) dans le conducteur de terre par le véhicule automobile électrique qui cherche à se charger afin de vérifier si la boucle terre/neutre est faiblement impédante.
Le deuxième graphique est le résultat du signal après filtrage. On peut ainsi voir les impulsions de courant et les détecter plus facilement.
Le troisième graphique représente le résultat du comptage des impulsions N qui ont été détectées après filtrage. Le compteur s’incrémente après chaque impulsion détectée et au bout de 5 impulsions, le chargeur est reconnu.

Claims (11)

1. Système (1) automatisé et sécurisé de charge d’une batterie (B) de véhicule automobile (V) à partir d’un générateur ilôté (GI) en régime de neutre IT, caractérisé en ce qu’il comprend un filtre analogique (FA) pour filtrer des fréquences parasites, des moyens de détection (MD) d’impulsions de courant injectées dans un conducteur de terre par le véhicule automobile, et des moyens de commande (MC) pour activer ou désactiver la charge de la batterie (B) du véhicule automobile (V) tout en changeant de régime de neutre en fonction de la sortie desdits moyens de détection (MD).
2. Système (1) selon la revendication 1, dans lequel le filtre analogique (FA) est un filtre analogique réjecteur du second ordre accordé à une fréquence centrale de 50Hz pour filtrer des fréquences parasites supérieures et inférieures à ladite fréquence centrale.
3. Système (1) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel les moyens de détection (MD) des impulsions de courant injectées dans le conducteur de terre par le véhicule automobile (V) détectent les impulsions de courant qui ont une amplitude comprise entre 18 mA et 22 mA, et préférentiellement de 20 mA, une durée au moins supérieure à 0,8 ms, et préférentiellement de 1 ms, une période de 61 ms de préférence entre chaque pulsation, et vérifient qu’un temps de 100 μβ entre la montée et la descente est respecté.
4. Système (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de commande (MC) sont aptes à changer de régime de neutre et à activer la charge de la batterie (B) du véhicule automobile seulement si les moyens de détection (MD) détectent 5 impulsions.
5. Système (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de commande (MD) sont aptes à changer de régime de neutre en désactivant un dispositif (CPI) permettant de contrôler l’isolement, et en fermant le conjoncteur de neutre (N).
6. Système (1) l’une des revendications précédentes, dans lequel le générateur ilôté (GI) en régime de neutre IT comprend une impédance de valeur élevée de 1500 Ohm à 50Hz entre le neutre et la terre pour fixer le potentiel du neutre.
7. Procédé automatisé et sécurisé de charge d’une batterie (B) de véhicule automobile (V) à partir d’un générateur ilôté (GI) en régime de neutre IT, caractérisé en ce qu’on filtre des fréquences parasites, on détecte des impulsions de courant injectées dans le conducteur de terre par le véhicule automobile (V), et on active ou on désactive la charge de la batterie (B) du véhicule automobile (V) tout en changeant de régime de neutre.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le filtrage analogique est un filtrage au second ordre avec une fréquence centrale de 50Hz pour filtrer des fréquences parasites supérieures et inférieures à ladite fréquence centrale.
9. Procédé selon l’une des revendications 7 et 8, dans lequel les impulsions de courant qui ont une amplitude comprise entre 18 mA et 22 mA, et préférentiellement de 20 mA, une durée au moins supérieure à 0,8 ms, et préférentiellement de 1 ms, une période de 61 ms de préférence entre chaque pulsation, et un temps de 100 μβ entre la montée et la descente sont détectées.
10. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le changement de régime de neutre et l’activation de la charge du véhicule automobile opèrent si 5 impulsions sont détectées.
11. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le changement de régime de neutre opère en désactivant un dispositif (CPI) permettant de contrôler l’isolement et en fermant le conjoncteur du neutre (N).
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