WO2012168597A1 - Systeme de charge securise d'un vehicule electrique ou hybride - Google Patents

Systeme de charge securise d'un vehicule electrique ou hybride Download PDF

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Definitions

  • the present invention generally relates to the safety of users of electric or hybrid vehicles whose charge is made by connection to an electrical network. More particularly, the present invention relates to electric or hybrid vehicles whose charging can be carried out in particular on a private electrical installation or home network.
  • the draft IEC 61851-1 standard recommends several charging modes, and in particular a first charging mode, called "mode 1", corresponding to a charging of a electric or hybrid vehicle on a private electrical installation or domestic network.
  • the load according to mode 1 is generally done by means of a detachable electric cable type 2P + T, ie equipped with two poles (phase and neutral) and the ground simply ensuring the connection between the vehicle and the home network to charging purposes of the vehicle battery.
  • the charge with such a detachable cable (2P + T) is made by connecting one end to the mains side, ie the home network, and the other end to the vehicle.
  • IPXXD is the protection code for a device whose live parts are not accessible to humans.
  • IPXXB materials that do not sufficiently protect the vehicle end for people handling these elements.
  • WO2010 / 097922 a converter adapter which makes a standardized charging cable for charging an energy storage device mounted on an electric vehicle from a power supply on the outside. of the vehicle.
  • the converter adapter includes a primary connector portion adapted to be connected to the charging cable connector, a secondary connector portion adapted to be connected to the plug of an electrical load such as a household appliance, and an actuating section for order the charging cable electronics to lock a relay when the charging cable connector is connected to the primary connector part.
  • a charging system describes the reuse of a cable normally used for a load in mode 2 as defined in the draft standard IEC 61851-1, to power a household appliance.
  • Mode 2 mentioned above requires means of communication, called pilot line, allowing electronic communication between the vehicle and the electrical distribution network to adapt the current consumed.
  • Such a charging system has the drawback of being based on the use of the charging mode 2 using a communication function based on pulse width modulation, which requires an electronics generating these pulses.
  • the communication function not being used, the associated electronics do not make it possible to control the relays of the cable and thus to ensure safety during the manipulations, while representing a additional manufacturing cost.
  • An object of the present invention is to meet the drawbacks of the prior art mentioned above and in particular, first of all, to propose a simple and secure charging system for charging via a domestic electricity distribution network. .
  • a first aspect of the invention concerns a charging system of an electric or hybrid vehicle comprising a battery charger, a charge connector able to connect the battery charger. with a domestic electricity distribution network via a detachable electrical cable comprising at least two poles provided with relays and a grounding wire, and means for opening and closing the relays, characterized in that the means for opening and closing The relays close include a control voltage adapted to passively control the closing of the relays when connecting the cable to the charging connector and the opening of the relays when disconnecting the cable.
  • Such a charging system simply uses a control voltage when connecting a detachable cable so as to automatically and passively close the cable relays, allowing charging current to flow through the connector only after the cable connection.
  • the relays Before the connection of the cable on the vehicle side, the relays are by default in an open position blocking the load current that may be present.
  • a charging system is particularly suitable for a mode 1 load requiring no communication function based on pulse width modulation. It also allows the use of standard IPXXB connectors on the vehicle side while eliminating the risk of electrocution to a user entering his fingers into the connector. The advantage of being able to use the 1 mode of charge without risk is that it allows the user to recharge his vehicle easily thanks to the wide availability of domestic charging.
  • control voltage is a temporary voltage supplied by an auxiliary battery of the vehicle when connecting the electric cable to the charging connector.
  • the system advantageously uses the "conventional" battery, generally 12V, of the vehicle to be charged to deliver the control voltage when connecting the detachable cable in the connector.
  • the temporary voltage is maintained throughout the charging operation.
  • the means for opening and closing the relays furthermore comprise switching means between the control voltage and a holding voltage originating from the domestic electrical distribution network, the switching means being activated. during a charging operation after closing the relays.
  • a holding voltage from the home network as a control voltage makes it possible to preserve the electrical energy of the auxiliary battery of the vehicle, which is all the more useful when the load is long.
  • the system further comprises a voltage divider circuit connected at the output of the battery charger and capable of delivering, during a charging operation, a divided voltage used as a holding voltage by the switching means.
  • the voltage divider circuit makes it possible to adjust the holding voltage to a predetermined level adapted to the relays to be controlled.
  • the means for opening and closing the relays are able to control the relays via an additional connecting wire of the electric cable.
  • the use of such an electrically simple and inexpensive cable makes it possible not to complicate the means for closing and opening the relays of the charging system.
  • FIG. 1 shows schematically a charging system connected to a detachable cable according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 schematically shows a charging system connected to a detachable cable according to a second embodiment of the invention.
  • the electric or hybrid vehicle corresponding to the part denoted VE or VH, is connected to a domestic electricity distribution network via a detachable cable CM1 to enable charging according to mode 1 such that defined in the draft IEC61851-1 standard.
  • the detachable cable CM1 comprises at least transmission lines L1 and L2 and a ground line T respectively corresponding to the neutral and phase poles and to the earth of a 2P + T cable.
  • a first end is adapted to be connected to the home network for powering a charging operation of the battery 2 of the vehicle VE or VH. The other end is connected to a charging connector 4 on the vehicle side.
  • the cable CM1 is further provided with relays R arranged at the transmission lines L1 and L2. When the relays R are open, the load current from the home network is blocked and can not be transmitted further. These relays R are opened by default when the cable is not connected on the vehicle side. When the relays R are closed, the charging current from the home network can cross the transmission lines and be supplied to the charging system. These R relays are closed only when connected to the charging connector when a preset voltage is applied to the LCR relay control line.
  • the charging system of the battery 2 of the vehicle VE or VH comprises a battery charger 6, a charging connector 4 providing the interface between the cable CM1 and the charging system and more particularly the input of the charger and temporary source of voltage supplying a voltage Vtemp when connecting the cable to the charging connector 4 closing the relays R.
  • This voltage can be generated by an auxiliary battery not shown, such as the conventional 12V battery of the vehicle.
  • the charging system further comprises a switch S and a voltage divider circuit 8 connected to the output of the charger.
  • the voltage divider circuit makes it possible to recover the electrical energy of charge and outputting a so-called holding voltage.
  • This holding voltage Vm is chosen to be sufficient to keep the relays closed when this voltage is applied to the control line of the LCR relays.
  • the switch S can be controlled in two positions 1 and 2. The position 1 allows the application of the voltage Vtemp on the control line of the relays, while the position 2 allows the application of the holding voltage Vm on the relay command line.
  • this charging system can be summarized as follows. Before connection, the relays R on the CM1 cable are open. This prevents the arrival of current on the vehicle end. The switch S is then at rest in position 1 on the temporary voltage source Vtemp. When connected, the relays R close automatically and passively by applying the voltage Vtemp, causing the arrival of the electric current. The voltage Vtemp exists only when the cable is connected to the vehicle side (voltage in the battery). As soon as the charge starts, the switch S is actuated in position 2 on the voltage divider circuit 8 which provides a holding voltage Vm sufficient to keep the relays R closed. When disconnecting the cable, no voltage is applied to the control line of the relays, which are automatically and passively opened so that the initial situation before the connection is restored.
  • the use of the voltage divider circuit 8 saves the 12V battery of the vehicle providing in this case the voltage Vtemp only when connecting the detachable cable.
  • the system thus proposed allows the cable CM1 to prevent the means of the relays any arrival of immediate current on the load connector on the vehicle side if the cable is not connected to the vehicle.
  • FIG. 2 represents a second embodiment of the invention in which the voltage divider circuit and the switch are not present. All the other elements being common with those presented in the context of the first embodiment in connection with FIG. 1, the same references have been kept.
  • the means releasing and closing relays are formed only a temporary voltage source delivering a voltage Vtemp when connecting a detachable cable CM1 to the charging connector 4 of the vehicle.
  • This voltage Vtemp comes from an auxiliary battery of the vehicle, such as the 12V battery usually present. The voltage is maintained throughout the duration of the load so as to keep the relays closed. It is chosen as low as possible so as to limit as much as possible the power consumption of the auxiliary battery.

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Abstract

Système de charge d'un véhicule électrique ou hybride (VE ou VH) comprenant un chargeur de batterie (6), un connecteur de charge (4) apte à connecter le chargeur de batterie avec un réseau domestique de distribution d'électricité via un câble électrique détachable (CM1) comprenant au moins lignes de transmission (L1, L2) munis de relais (R) et un fil de terre (T), et des moyens d'ouverture et de fermeture des relais, caractérisé en ce que les moyens d'ouverture et de fermeture des relais comprennent une tension de commande (Vtemp) apte à commander passivement la fermeture des relais lors de la connexion du câble sur le connecteur de charge et l'ouverture des relais lors de la déconnexion du câble.

Description

SYSTEM E D E CHARG E S EC U R I S E D ' U N VE H I C U LE
ELECTR I Q U E O U HYB R I D E
La présente invention concerne de manière générale la sécurité des utilisateurs de véhicules électriques ou hybrides dont la charge se fait par connexion à un réseau électrique. Plus particulièrement, la présente invention concerne les véhicules électriques ou hybrides dont la charge peut être effectuée notamment sur une installation électrique privée ou réseau domestique.
Afin de standardiser les différentes méthodes de charge de ce type de véhicule, le projet de norme IEC 61851 -1 préconise plusieurs modes de charge, et en particulier un premier mode de charge, appelé « mode 1 », correspondant à un rechargement d'un véhicule électrique ou hybride sur une installation électrique privée ou réseau domestique. La charge selon le mode 1 se fait généralement par l'intermédiaire d'un câble électrique détachable de type 2P+T, i.e. équipé de deux pôles (phase et neutre) et la terre assurant simplement la connexion entre le véhicule et le réseau domestique à des fins de recharge de la batterie du véhicule. La charge avec un tel câble détachable (2P+T) s'effectue en branchant une extrémité côté secteur, i.e. réseau domestique, et l'autre extrémité sur le véhicule. Le branchement du câble sur le secteur provoque une arrivée de courant immédiate à l'autre extrémité du câble (côté véhicule), ce qui peut s'avérer dangereux, risque d'électrocution, si le connecteur côté véhicule ne répond pas aux exigences d'un matériel IPXXD. IPXXD est le code de protection caractérisant un matériel dont les parties sous tension ne sont pas accessibles par l'humain. Or il s'avère qu'aujourd'hui les connecteurs standards utilisés côté véhicule sont généralement des matériels IPXXB ne permettant pas de protéger suffisamment l'extrémité véhicule pour les personnes manipulant ces éléments. Il est connu par ailleurs, notamment du document WO2010/097922, un adaptateur convertisseur qui rend un câble de charge normalisé, destiné à charger un dispositif de stockage d'énergie monté sur un véhicule électrique à partir d'une alimentation électrique sur l'extérieur du véhicule. L'adaptateur convertisseur comprend une partie connecteur primaire conçue pour être connectée au connecteur du câble de charge, une partie connecteur secondaire conçue pour être connectée à la fiche d'une charge électrique telle qu'un appareil électroménager, et une section d'actionnement pour commander l'électronique du câble de charge afin de bloquer un relais lorsque le connecteur du câble de charge est connecté à la partie connecteur primaire. Un tel système de charge décrit la réutilisation d'un câble utilisé normalement pour une charge selon le mode 2 tel que défini dans le projet de norme IEC 61851 -1 , pour alimenter un appareil électroménager. Le mode 2 susmentionné nécessite des moyens de communication, appelés ligne pilote, permettant une communication électronique entre le véhicule et le réseau de distribution électrique pour adapter le courant consommé.
Un tel système de charge présente l'inconvénient de se baser sur l'utilisation du mode 2 de charge utilisant une fonction de communication basée sur de la modulation de la largeur d'impulsion, qui nécessite une électronique générant ces impulsions. Ainsi, lors d'une charge selon le mode 1 , la fonction de communication n'étant pas utilisée, l'électronique associée ne permet pas de commander les relais du câble et donc d'assurer la sécurité lors des manipulations, tout en représentant un surcoût de fabrication.
Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients de l'art antérieur mentionné ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de proposer un système de recharge simple et sécurisé pour une charge via un réseau domestique de distribution d'électricité.
Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un système de charge d'un véhicule électrique ou hybride comprenant un chargeur de batterie, un connecteur de charge apte à connecter le chargeur de batterie avec un réseau domestique de distribution d'électricité via un câble électrique détachable comprenant au moins deux pôles munis de relais et un fil de terre, et des moyens d'ouverture et de fermeture des relais, caractérisé en ce que les moyens d'ouverture et de fermeture des relais comprennent une tension de commande apte à commander passivement la fermeture des relais lors de la connexion du câble sur le connecteur de charge et l'ouverture des relais lors de la déconnexion du câble. Un tel système de charge utilise simplement une tension de commande lors de la connexion d'un câble détachable de sorte à fermer automatiquement et passivement les relais du câble, permettant une circulation du courant de charge au travers du connecteur uniquement après la connexion du câble. Avant la connexion du câble côté véhicule, les relais sont par défaut dans une position ouverte bloquant le courant de charge éventuellement présent. Un tel système de charge est particulièrement adapté à une charge en mode 1 ne nécessitant aucune fonction de communication basée sur la modulation de largeur d'impulsion. Il permet en outre d'utiliser les connecteurs standards IPXXB côté véhicule tout en éliminant le risque d'électrocution d'un utilisateur introduisant ses doigts dans le connecteur. L'intérêt de pouvoir utiliser sans risques le mode 1 de charge est qu'il permet à l'utilisateur de recharger son véhicule aisément grâce à la grande disponibilité des prises de recharge domestique.
Selon un mode de réalisation avantageux, la tension de commande est une tension temporaire fournie par une batterie auxiliaire du véhicule lors de la connexion du câble électrique au connecteur de charge. Le système utilise avantageusement la batterie « classique », généralement 12V, du véhicule à charger pour délivrer la tension de commande lors du branchement du câble détachable dans le connecteur.
Selon un autre mode de réalisation, la tension temporaire est maintenue durant toute l'opération de charge. Une telle variante de réalisation s'avère extrêmement simple à mettre en œuvre. Selon un autre mode de réalisation, les moyens d'ouverture et de fermeture des relais comprennent en outre des moyens de commutation entre la tension de commande et une tension de maintien issue du réseau domestique de distribution d'électrique, les moyens de commutation étant activés lors d'une opération de charge après fermeture des relais. L'utilisation d'une tension de maintien issue du réseau domestique comme tension de commande permet de préserver l'énergie électrique de la batterie auxiliaire du véhicule, ce qui est d'autant plus utile lorsque la charge est longue.
Selon une variante avantageuse, le système comprend en outre un circuit diviseur de tension connecté en sortie du chargeur de batterie et apte à délivrer lors d'une opération de charge une tension divisée utilisée comme tension de maintien par les moyens de commutation. Le circuit diviseur de tension permet de régler la tension de maintien à un niveau prédéterminé adapté aux relais à commander.
Selon un autre mode de réalisation, les moyens d'ouverture et de fermeture des relais sont aptes à commander les relais via un fil de connexion additionnel du câble électrique. L'utilisation d'un tel câble électriquement simple et peu coûteux permet de ne pas complexifier les moyens de fermeture et d'ouverture des relais du système de charge.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement un système de charge connecté à un câble détachable selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
la figure 2 représente schématiquement un système de charge connecté à un câble détachable selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Comme cela est visible sur la figure 1 , le véhicule électrique ou hybride, correspondant à la partie notée VE ou VH, est connecté à un réseau domestique de distribution d'électricité via un câble détachable CM1 pour permettre une recharge selon le mode 1 tel que défini dans le projet de norme IEC61851 -1 .
Le câble détachable CM1 comprend au moins de lignes de transmission L1 et L2 et une ligne de terre T correspondant respectivement aux pôles Neutre et Phase et à la Terre d'un câble 2P+T. Une première extrémité, non représentée, est apte à être connectée au réseau domestique pour alimenter une opération de charge de la batterie 2 du véhicule VE ou VH. L'autre extrémité est connectée à un connecteur de charge 4 côté véhicule. Le câble CM1 est pourvu en outre de relais R agencés au niveau des lignes de transmission L1 et L2. Lorsque les relais R sont ouverts, le courant de charge issu du réseau domestique est bloqué et ne peut être transmis plus loin. Ces relais R sont ouverts par défaut lorsque le câble n'est pas connecté côté véhicule. Lorsque les relais R sont fermés, le courant de charge issu du réseau domestique peut traverser les lignes de transmission et être fourni au système de charge. Ces relais R sont fermés uniquement lors de la connexion au connecteur de charge lorsqu'une tension prédéfinie est appliquée sur la ligne de commande des relais LCR.
Le système de charge de la batterie 2 du véhicule VE ou VH comprend un chargeur de batterie 6, un connecteur de charge 4 assurant l'interface entre le câble CM1 et le système de charge et plus particulièrement l'entrée du chargeur et source temporaire de tension délivrant une tension Vtemp lors de la connexion du câble au connecteur de charge 4 assurant la fermeture des relais R. Cette tension peut être générée par une batterie auxiliaire non représentée, comme par exemple la batterie classique 12V du véhicule. Selon le premier mode de réalisation représenté à la figure 1 , le système de charge comprend en outre un interrupteur S et un circuit diviseur de tension 8 connecté en sortie du chargeur. Le circuit diviseur de tension permet de récupérer l'énergie électrique de charge et de fournir en sortie une tension dite de maintien. Cette tension de maintien Vm est choisie suffisante pour pouvoir maintenir les relais fermés en cas d'application de cette tension sur la ligne de commande des relais LCR. L'interrupteur S peut être commandé sur deux positions 1 et 2. La position 1 permet l'application de la tension Vtemp sur la ligne de commande des relais, tandis que la position 2 permet l'application de la tension de maintien Vm sur la ligne de commande des relais.
Le fonctionnement de ce système de recharge peut se résumer comme suit. Avant la connexion, les relais R sur le câble CM1 sont ouverts. Ceci empêche l'arrivée du courant sur l'extrémité côté véhicule. L'interrupteur S est alors au repos en position 1 sur la source temporaire de tension Vtemp. Lors de la connexion, les relais R se ferment automatiquement et passivement par l'application de la tension Vtemp, provoquant alors l'arrivée du courant électrique. La tension Vtemp n'existe que lorsque le câble est connecté du côté du véhicule (tension dans la batterie). Dès que la charge commence, l'interrupteur S est actionné en position 2 sur le circuit diviseur de tension 8 qui fournit une tension de maintien Vm suffisante pour maintenir les relais R fermé. Lors de la déconnexion du câble, aucune tension n'est plus appliquée sur la ligne de commande des relais qui sont ouverts automatiquement et passivement de sorte que l'on revient à la situation initiale d'avant la connexion. L'utilisation du circuit diviseur de tension 8 permet d'économiser la batterie 12V du véhicule fournissant dans ce cas de figure la tension Vtemp uniquement lors de la connexion du câble détachable. Le système ainsi proposé permet au câble CM1 d'empêcher aux moyens des relais toute arrivée de courant immédiate sur le connecteur de charge côté véhicule si le câble n'est pas branché au véhicule.
La figure 2 représente un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel le circuit diviseur de tension et l'interrupteur ne sont pas présents. Tous les autres éléments étant communs avec ceux présentés dans le cadre du premier mode de réalisation en liaison avec la figure 1 , les mêmes références ont été gardées. Selon ce deuxième mode, les moyens d'ouverture et de fermeture des relais sont formés uniquement une source temporaire de tension délivrant une tension Vtemp lors de la connexion d'un câble détachable CM1 au connecteur de charge 4 du véhicule. Cette tension Vtemp est issue d'une batterie auxiliaire du véhicule, comme par exemple la batterie 12V usuellement présente. La tension est maintenue pendant toute la durée de la charge de manière à maintenir fermer les relais. Elle est choisie la plus basse possible de manière à limiter au maximum la consommation d'énergie de la batterie auxiliaire.
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

R EVE N D I CATI ON S
1 . Système de charge d'un véhicule électrique ou hybride (VE ou VH) comprenant
• un chargeur de batterie (6), « un connecteur de charge (4) apte à connecter le chargeur de batterie avec un réseau domestique de distribution d'électricité via un câble électrique détachable (CM1 ) comprenant au moins deux lignes de transmission (L1 , L2) munies de relais (R) et un fil de terre (T),
• et des moyens d'ouverture et de fermeture desdits relais,
caractérisé en ce que les moyens d'ouverture et de fermeture des relais appliquent une tension de commande (Vtemp) apte à commander passivement la fermeture des relais lors de la connexion du câble sur le connecteur de charge et n'appliquent plus aucune tension pour l'ouverture automatique et passive des relais lors de la déconnexion du câble.
2. Système de charge selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la tension de commande (Vtemp) est une tension temporaire fournie par une batterie auxiliaire du véhicule lors de la connexion du câble électrique (CM1 ) au connecteur de charge (4).
3. Système de charge selon la revendication 2, caractérisé en ce que la batterie auxiliaire est apte à maintenir la tension temporaire (Vtemp) durant toute l'opération de charge.
4. Système de charge selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'ouverture et de fermeture des relais comprennent en outre des moyens de commutation (S) entre la tension de commande (Vtemp) et une tension de maintien (Vm) issue du réseau domestique de distribution d'électrique, les moyens de commutation étant activés lors d'une opération de charge après fermeture des relais (R).
5. Système de charge selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit diviseur de tension (8) connecté en sortie du chargeur de batterie (4) et apte à délivrer lors d'une opération de charge une tension divisée utilisée comme tension de maintien (Vm) par les moyens de commutation (S).
6. Système de charge selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens d'ouverture et de fermeture des relais sont aptes à commander les relais (R) via une ligne de commande additionnelle (LCR) du câble électrique (CM1 ).
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WO2010097922A1 (fr) * 2009-02-26 2010-09-02 トヨタ自動車株式会社 Adaptateur convertisseur de fiche
EP2281711A2 (fr) * 2009-07-28 2011-02-09 SPX Corporation Équipement d'alimentation de véhicule électrique

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