WO2013171431A1 - Système et procédé de charge sécurisée d'une batterie de véhicule automobile - Google Patents

Système et procédé de charge sécurisée d'une batterie de véhicule automobile Download PDF

Info

Publication number
WO2013171431A1
WO2013171431A1 PCT/FR2013/051065 FR2013051065W WO2013171431A1 WO 2013171431 A1 WO2013171431 A1 WO 2013171431A1 FR 2013051065 W FR2013051065 W FR 2013051065W WO 2013171431 A1 WO2013171431 A1 WO 2013171431A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
supply network
pulse
earth
measured
resistance
Prior art date
Application number
PCT/FR2013/051065
Other languages
English (en)
Inventor
Ludovic MERIENNE
Original Assignee
Renault S.A.S.
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 Renault S.A.S. filed Critical Renault S.A.S.
Priority to CN201380030823.2A priority Critical patent/CN104379385B/zh
Priority to EP13727298.5A priority patent/EP2849964B1/fr
Priority to KR1020147035150A priority patent/KR102187158B1/ko
Priority to US14/401,436 priority patent/US9637010B2/en
Priority to BR112014028531-4A priority patent/BR112014028531B1/pt
Priority to JP2015512108A priority patent/JP6502251B2/ja
Priority to DK13727298.5T priority patent/DK2849964T3/en
Publication of WO2013171431A1 publication Critical patent/WO2013171431A1/fr

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0069Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to the isolation, e.g. ground fault or leak current
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/12Recording operating variables ; Monitoring of operating variables
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14Conductive energy transfer
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/20Measuring earth resistance; Measuring contact resistance, e.g. of earth connections, e.g. plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547Voltage
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549Current
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/80Time limits
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/16Measuring impedance of element or network through which a current is passing from another source, e.g. cable, power line
    • G01R27/18Measuring resistance to earth, i.e. line to ground
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the invention relates to the safety of a user of an onboard charging device for a battery of a motor vehicle, and more particularly to the estimation of the quality of the ground of the power supply network coupled to the charging device of a motor vehicle. the battery of the motor vehicle.
  • the chopping of the electric currents causes the appearance of leakage currents which must be evacuated by the earth connection of the supply network.
  • This earth ground is connected to the chassis of the vehicle and thus offers a path to all parasitic currents.
  • connection to the ground is of good quality, that is to say that the equivalent resistance of the dirt road is weak in front of the resistance that a person would human touching the chassis of the motor vehicle. Without this connection to the ground, a touch current phenomenon may appear. If a man were to touch the chassis of the vehicle, it is his body that would establish the link between the charger and the ground and it is therefore through him that would pass all the leakage currents that would be potentially dangerous, without any control device added.
  • a soil of poor quality that is to say of resistance equivalent to that of a human body, also allows the passage of part of the leakage currents by the body of the individual. Indeed, if an individual were to touch the chassis of the vehicle in charge, in this case, the leakage currents would have two parallel paths of the same resistance, so half of the leakage currents could go through the individual to return to the ground . To ensure that no touch current can occur, it must be ensured that the value of the earth bond resistance is below a certain threshold before charging the motor vehicle battery.
  • the current injected into the earth is measured as well as the voltage which is the image of the current injected according to Ohm's law.
  • the value of the resistance is then obtained by dividing the measured voltage by the measured current.
  • a first part of the disturbances can come from the leakage currents mentioned above. These currents passing through the earth also, they come to disrupt the measurement of the tension between the neutral and the ground.
  • these disturbances are generated at the harmonics of the supply network, for example 50 Hz, 100 Hz, etc. , and have a maximum amplitude of 7 V for the RMS voltage and 6.6 mA for the currents.
  • These levels of disturbance are defined by the EDF standards.
  • the EDF standards provide amplitudes of disturbance currents that vary continuously between 6.6 mA at 1.5 kHz and 66 mA at 15 kHz, the amplitude of the current remaining at 66 mA up to 150 kHz .
  • a second part of the disturbances representing a large part of the disturbances, can come from charging terminals or another motor vehicle in charge because the organs of this other motor vehicle come connect a parasitic capacitance between the ground and the neutral of the network. This can distort the measurement of the earth's resistance significantly.
  • the only path for the current is provided by the parasitic capacitance.
  • Current pulses injected into the earth to measure the resistance of the earth will then charge the parasitic capacitance.
  • a charging device is connected to a parasitic capacitance of ⁇ ⁇
  • the injection of a current pulse of 20 mA amplitude and a pulse duration of 1 ms will cause a charging voltage of about 5 V capacity which is equivalent to a resistance of 250 ohms.
  • This fictitious resistance parallel to the true earth resistance then falsifies the calculation, in particular by decreasing the value obtained for the estimated earth resistance. An error in the estimate can be dangerous for the safety of users.
  • the patent application CN 201 508 392 describes a method of measuring the resistance of the earth to eliminate a single frequency in the neutral-earth voltage. However, the disturbances caused by the other harmonics are not eliminated and still disturb the measurement of the earth-neutral voltage and consequently the determination of the resistance of the earth.
  • the patent application EP 1 482 3 17 describes a very large current injection method for improving the signal-to-noise ratio of the ground-neutral voltage measurement.
  • the method requires a suitable environment that can withstand the strong current peaks in the earth and is thus only applicable in the factory where the circuit breakers tolerate leakage ten to one thousand times greater than the circuit breakers of a domestic network that usually trip for a current greater than 33 mA.
  • Patent Application EP 0 642 027 describes a method relying on a voltage injection between the earth and the neutral.
  • the implementation of such a method requires a size system too important to be integrated into a vehicle, and to impose a voltage on the network.
  • the aim of the invention is to provide a system and a method for estimating the resistance of earth embarked on a motor vehicle by filtering the disturbances due to the supply network and distinguishing the presence of a parasitic capacitance situated on the same. network.
  • a secure system for charging a battery of a motor vehicle from a power supply network is on board the motor vehicle and comprises means for injecting current pulses into the supply network, means for measuring the voltage between the earth and the neutral of the supply network.
  • the means for injecting pulses are configured so that each injection current pulses in the supply network comprises injecting a first positive pulse followed by a second negative pulse, the first and the second pulses having an intensity equal in absolute value and being separated by a sufficient interval short for a parasitic capacitance coupled to the supply network to be still charged during the second pulse, and the system comprises means for determining the earth resistance from the amplitude of the current pulses and the voltages measured for the first pulse and the second pulse of each pulse injection.
  • Vi m is the voltage measured at the vehicle terminals between neutral and earth for the first injected current pulse
  • I ln j is the intensity of the current pulse injected into the supply network
  • R t is the resistance between the neutral and earth of the supply network
  • C para site is the parasitic capacitance connected between the neutral and the ground of the supply network.
  • the measured voltage is not exactly the opposite of the previous measurement but, after simplification, will be expressed from the expression:
  • V 2 m is the voltage measured at the vehicle terminals between neutral and earth for the second injected current pulse
  • L n j is the intensity of the current pulse injected into the supply network
  • R t is the resistance between the neutral and the earth of the supply network
  • C para site is the parasitic capacitance connected between the neutral and the earth of the supply network
  • the system may advantageously comprise means for measuring the frequency of the supply network, an analog filter for filtering the measured voltages at high frequencies, a digital filter for filtering the analogically filtered voltages at low frequencies, and the determination means using the voltages. digitally filtered as measured voltages, and the digital filter comprising an averaging filter averaging from N voltage measurements spaced apart from a time interval T
  • the average filter will determine an average from 40 voltage measurements made with an interval of 20.5 ms between two measurements.
  • High frequencies include frequencies above 2 kHz and especially above 5 kHz.
  • Low frequencies include frequencies below 5 kHz and especially frequencies between 50 Hz and 2 kHz.
  • the analog filter is a second order analog filter with a cutoff frequency between 800 Hz and 1.2 kHz, and preferably 1 kHz, and a damping factor of between 0.6 and 0.8, and preferentially 0.7, so as to obtain an attenuation of -20 dB at a frequency of 3 kHz.
  • the pulses current have a duration at least greater than 0.8 ms, and preferably 1 ms and a maximum amplitude of between 18 mA and 22 mA, and preferably 20 mA.
  • the secure onboard system may advantageously comprise safety control means able to activate the charging of the battery from the supply network only if the measured ground resistance is lower than an activation threshold.
  • the supply network is not not coupled to the vehicle battery and charging is not started. This is to avoid the risk of a touch current.
  • the activation threshold may advantageously correspond to a resistance value of between 20 and 600 ohms, and preferably of 200 ohms.
  • a method for securely charging the battery of a motor vehicle from a power supply network estimating the resistance between the ground and the neutral of the network. in which at least one injection of pulses of current into the supply network is carried out, voltage measurements are made between the earth and the neutral of the supply network in response to each pulse, and determines the earth resistance from the measured voltages.
  • each inj ection of current pulses in the supply network comprises the inj ection of a first positive pulse followed by a second negative pulse, the first and the second pulses having a negative pulse.
  • intensity equal in absolute value and being separated by an interval sufficiently short for a parasitic capacitance coupled to the supply network to be still charged during the second pulse, and the determination of the earth resistance is carried out from the ampacity of the current pulses and voltages measured for the first pulse and the second pulse of each pulse injection.
  • the frequency of the supply network is measured, the voltages measured for each pulse are filtered at high frequencies analogously, the filtered voltages are analyzed numerically at low frequencies, and the determination of the earth resistance is carried out on the basis of digitally filtered voltages, the digital filtering comprising determining an average from N voltage measurements
  • T the period of the network
  • the analog filtering comprises second-order filtering with a cut-off frequency of between 800 Hz and 1.2 kHz, and preferably of 1 kHz, and a damping factor of between 0.6 and 0.8, and preferably 0.7.
  • the current pulses have a duration at least greater than 0.8 ms, and preferably 1 ms and a maximum amplitude of between 18 mA and 22 mA, and preferably 20 mA.
  • the duration of the current pulses injected in the supply network corresponds at least to the period of the supply network.
  • N 40 voltage measurements can be made between the earth and the neutral to eliminate the first 39 harmonics of the supply network.
  • the supply network is coupled to the battery only if the measured earth resistance is below an activation threshold.
  • Figure 1 schematically shows a secure on-board charging system of a battery of a motor vehicle according to one embodiment
  • FIG. 2 presents a flow diagram of a method for estimating the earth resistance of a power supply network according to an implementation mode
  • Figure 3 shows an electrical diagram of the voltages implemented on the power supply network
  • FIG. 4 represents two amplitude and phase Bode diagrams illustrating the actions of the two filters of the system of FIG. 1.
  • FIG. 1 is shown a secure system 1 according to one embodiment of the invention.
  • the secure system 1 is embedded at an edge of a motor vehicle and is intended to be coupled between a power supply network 2 and a battery 3 of the motor vehicle during charging of the battery.
  • the system 1 comprises means 4 for measuring the frequency of the supply network 2 as well as means 5 for injecting current pulses into the supply network 2.
  • the frequency measuring means 4 are coupled to the means 5 for injecting current pulses so as to deliver to the means 5 for injecting current pulses the value of the frequency of the supply network 2.
  • the means 5 for injecting current pulses adjust the minimum duration of the pulses to the period T of the signal of the supply network 2.
  • the minimum duration of the pulses current will be 1 ms.
  • the pulse means 5 deliver a first positive pulse followed immediately after by a second negative pulse. The two successive pulses have the same amplitude in absolute value but are of opposite sign.
  • This double pulse of opposite signs makes it possible, during the determination of the earth resistance, to avoid the value of the possible parasitic capacitance coupled to the supply network 2 which can distort the value of the earth resistance.
  • the system 1 also comprises means 6 for measuring the voltage between the earth and the neutral of the supply network 2, which make a measurement of voltage in response to each current pulse injected on the earth and looping back through the neutral of the network. power supply 2.
  • the voltage measurements made at the end of the first and second successive pulses give strictly opposite values when there is no parasitic capacitance coupled to the supply network 2.
  • Each inj ection of a first and a second inj ection is separated from the preceding one by a plurality of electrical periods of the supply network 2.
  • the processors of a motor vehicle operate at a maximum frequency of 10 kHz.
  • the system 1 comprises an analog filter 7 coupled at the output of the voltage measuring means 6.
  • the analog filter 7 used in this embodiment is a second order analog filter with a cut-off frequency at 1 kHz and a damping factor of 0.7 in order to obtain an attenuation of -20 dB at 3 kHz. It is preferable to use a filter having such characteristics rather than any analog filter, since it allows the duration of the injected current pulses to be reduced as much as possible and thus allows an increase in the amplitude of the current pulses. ected.
  • the system 1 comprises a digital filter 8 coupled to the output of the analog filter 7.
  • the digital filter 8 makes it possible to eliminate the disturbances due to the harmonics of the supply network 2 between 50 Hz and 2 kHz. Above 2 kHz, the analog filter already attenuates the disturbances sufficiently.
  • the minimum duration of the injected current pulses corresponds at least to the response time.
  • the analog filter for high frequency filtering to be effective.
  • the duration of the pulses injected must at least correspond to a period of the signal of the supply network 2.
  • the minimum duration of the injected current pulses must be 1 ms.
  • the amplitude of the current pulses can reach 20 mA maximum without any risk of the system tripping.
  • a 20 mA pulse on a 50 ohm resistor will generate a voltage of 1 V embedded in 50 V noise (sums of harmonics noise from the supply network). In a digital way, it is therefore necessary to eliminate as much as possible the harmonics of the supply network 2.
  • the digital filter 8 comprises an average filter which has the advantage of attenuating the target frequencies at infinity. For example, recording two separate 10 msec points and averaging them can completely eliminate 50 Hz.
  • the digital filter is coupled to the means 4 for measuring the frequency of the supply network 2 in order to receive the information relating to the electric period T of the supply network 2.
  • each measuring point including a voltage measurement for the first pulse and a voltage measurement for the second pulse, it is possible to eliminate until the 39 th harmonic of the network, ie up to the frequency 1 950 Hz on a supply network 2 operating at 50 Hz.
  • the digital filter 8 eliminates disturbances to the harmonics of the network and makes it possible to find the DC component due to current pulses injected into the supply network 2.
  • the average voltage thus digitally filtered is delivered to means 9 for determining the resistance R t between the earth and the neutral of the supply network 2.
  • the value of the resistance of the earth is determined from the absolute value of the ratio between the square of said average of the first voltages and the product of said average of the second voltages by the amplitude of the current pulses injected in the supply network 2.
  • the system 1 comprises safety control means 10 input coupled to the determining means 9 and output to the battery 3 of the motor vehicle. If the value of the determined earth resistance is less than a threshold value of 500 Ohms, the coupling is made with the battery 3 of the motor vehicle, and the load can start. Otherwise, the battery 3 is not electrically coupled to the power supply 2 and charging does not take place.
  • FIG. 2 presents a flowchart of a method for estimating the resistance between the ground and the neutral of a power supply network used to charge a battery of a motor vehicle according to an implementation mode.
  • a first step 210 the frequency of the power supply network 2 coupled to the motor vehicle 100 to measure the battery 3 of the motor vehicle is measured.
  • a next step 220 double pulses of current are injected into the supply network 2, each double pulse comprising a first current pulse followed by a second current pulse of opposite sign.
  • the duration of the pulses depends on the analog filter 7 chosen which itself depends on the period of the supply network 2.
  • a step 230 measurements are made of the voltage V x m between the earth, earth, and the neutral, N ' eutre, of the supply network 2 at the end of each of the first and second current pulses L nj injected.
  • Figure 3 shows an electrical diagram of the voltages implemented on the supply network.
  • each measured voltage V x m is filtered analogously at high frequencies.
  • one filters numerically at low frequencies in a following step 280, by averaging the first forty measured voltages Vi m on the one hand and the average of the forty second measured voltages V 2 m of and finally, in a step 290, the resistance R t between the earth, the earth, and the neutral, Neutral, is determined from the absolute value of the ratio between the square of said average of the first voltages and the product of said average of the second voltages by the amplitude of the current pulses according to the expression (3).
  • This determination makes it possible to dispense with the value of the parasitic capacitance C per unit coupled between the earth and the neutral neutral of the supply network 2 via the coupling of another motor vehicle 110 to the transmission network. power supply 110.
  • Figure 4 shows, on two Bode diagrams, the amplitude and phase of the actions of the dashed analog filter and the solid digital filter for a frequency of the 50 Hz supply network.
  • the secure system 1 is adapted to the constraints of the automobile and makes it possible to check the quality of the ground of a network, in particular of a domestic network before authorizing the beginning of the charging of the battery of the motor vehicle in which the secure system is embedded, even when a disturbing element, such as another charger, introduces capacitive elements on the supply network.

Abstract

Système et procédé de charge sécurisée d'une batterie de véhicule automobile Procédé de charge sécurisée de la batterie (3) d'un véhicule automobile à partir d'un réseau (2) estimant la résistance entre la terre et le neutre du réseau (2), comprenant au moins une injection d'impulsions de courant dans le réseau (2), des mesures de tension entre la terre et le neutre du réseau (2) en réponse à chaque impulsion, et une détermination de la résistance de terre à partir des tensions mesurées. Chaque injection d'impulsions de courant dans le réseau (2) comprend l'injection d'une première impulsion positive suivie d'une seconde impulsion négative, la première et la seconde impulsions ayant une intensité égale en valeur absolue et étant séparées d'un intervalle suffisamment court pour qu'une capacité parasite couplée au réseau (2) soit encore chargée lors de la seconde impulsion, la détermination de la résistance de terre étant réalisée à partir de l'amplitude des impulsions et des tensions mesurées pour la première impulsion et la seconde impulsion de chaque injection. Référence: Figure

Description

Système et procédé de charge sécurisée d'une batterie de véhicule automobile
L 'invention concerne la sécurité d'un utilisateur d'un dispositif embarqué de charge d'une batterie d'un véhicule automobile, et plus particulièrement l ' estimation de la qualité de la terre du réseau d' alimentation couplé au dispositif de charge de la batterie du véhicule automobile.
Lors de la charge d'une batterie d'un véhicule automobile électrique, des courants intenses transitent du réseau d' alimentation vers la batterie du véhicule. Pour pouvoir charger correctement le véhicule, ces courants sont hachés de manière à respecter les contraintes du réseau d' alimentation.
Le hachage des courants électriques entraîne l ' apparition de courants de fuite qui doivent être évacués par la prise de terre du réseau d' alimentation. Cette prise de terre est reliée au châssis du véhicule et offre donc un chemin à tous les courants parasites .
Pour assurer une charge en toute sécurité, il faut s ' assurer que la liaison à la terre soit de bonne qualité, c ' est-à-dire que la résistance équivalente du chemin de terre soit faible devant la résistance qu'o ffrirait un être humain touchant le châssis du véhicule automobile . Sans cette liaison à la terre, un phénomène de courant de toucher peut apparaître . Si un homme venait à toucher le châssis du véhicule, c ' est son corps qui établirait la liaison entre le chargeur et la terre et c ' est donc par lui que passeraient tous les courants de fuites qui seraient potentiellement dangereux, sans aucun dispositif de contrôle ajouté .
Une terre de mauvaise qualité, c ' est-à-dire de résistance équivalente à celle d'un corps humain, permet également le passage d'une partie des courants de fuite par le corps de l' individu. En effet, si un individu venait à toucher le châssis du véhicule en charge, dans ce cas, les courants de fuite auraient deux chemins parallèles de même résistance, donc la moitié des courants de fuite pourraient passer par l' individu pour revenir à la terre. Pour assurer qu ' aucun courant de toucher ne puisse apparaître , il faut s ' assurer que la valeur de la résistance de liaison à la terre est inférieure à un certain seuil avant de charger la batterie du véhicule automobile.
Pour pouvoir estimer la résistance entre la terre et le neutre du réseau d' alimentation, il est possible d' inj ecter des impulsions de courant directement dans le chemin de terre et rebouclant par le neutre du réseau et de mesurer la tension entre le neutre et la terre.
Dans le cas idéal, le courant inj ecté dans la terre est mesuré ainsi que la tension qui est l 'image du courant inj ecté d' après la lo i d' Ohm. La valeur de la résistance est alors obtenue en divisant la tension mesurée par le courant mesuré.
Malheureusement, il est impossible d' avoir des résultats corrects aussi simplement car la tension entre le neutre et la terre est très perturbée.
Une première partie des perturbations peut provenir des courants de fuite mentionnés plus haut. Ces courants passant par la terre également, ils viennent perturber la mesure de la tension entre le neutre et la terre.
Certaines données sont connues sur l ' ensemble de ces perturbations. En basse fréquence, notamment pour des fréquences inférieure à 1 kHz, ces perturbations sont générées aux harmoniques du réseau d' alimentation, soit par exemple 50 Hz, 100 Hz, etc. , et possèdent une amplitude maximale de 7 V pour la tension efficace et de 6,6 mA pour les courants. Ces niveaux de perturbation sont définis par les normes EDF. Pour les fréquences supérieures, les normes EDF prévoient des amplitudes de courants de perturbation variant de manière continue entre 6,6 mA à 1 ,5 kHz et 66 mA à 15 kHz, l ' amplitude du courant restant à 66 mA jusqu' à 150 kHz.
Enfin, une dernière contrainte résulte du fait qu 'on ne peut pas envoyer n' importe quel courant dans la terre. Il ne faut surtout pas faire disjoncter le réseau sur lequel le circuit est branché. Il est donc impossible d' envoyer des impulsions d' amp litude trop importante et/ou de durée trop longue. L ' enj eu est donc de réussir à estimer la résistance de terre malgré toutes les sources d' erreur, en respectant les contraintes imposées par l 'obligation de devoir embarquer le système sur un véhicule automobile dont les processeurs fonctionnent à une fréquence maximale de 10 kHz.
Une seconde partie des perturbations, représentant une partie importante des perturbations, peut provenir des bornes de charge ou d'un autre véhicule automobile en charge car les organes de cet autre véhicule automobile viennent connecter une capacité parasite entre la terre et le neutre du réseau d' alimentation ce qui peut fausser la mesure de la résistance de la terre de manière importante.
Dans le cas, par exemp le, où la terre du réseau n' est pas connectée, le seul chemin pour le courant est fourni par la capacité parasitaire. Les impulsions de courant inj ectées dans la terre pour mesurer la résistance de la terre vont alors charger la capacité parasite.
Dans un cas, par exemple, où un dispositif de charge est connecté à une capacité parasite de Ι μΡ, l' inj ection d'une impulsion de courant de 20 mA d' amplitude et d'une durée d' impulsion de 1 ms entraînera une tension de charge de la capacité de 5 V environ ce qui est équivalent à une résistance de 250 Ohms. Cette résistance fictive mise en parallèle à la vraie résistance de terre fausse alors le calcul, en diminuant notamment la valeur obtenue pour la résistance de terre estimée. Une erreur dans l ' estimation peut être dangereuse quant à la sécurité des utilisateurs .
Il existe dans le commerce des appareils effectuant une estimation de la résistance de la terre. Ces appareils possèdent une puissance de calcul bien supérieure à celle disponible sur un véhicule automobile et ont un prix trop élevé pour envisager d' en mettre sur chaque véhicule automobile.
Cependant, ces appareils ne sont pas configurés dans un but de gérer la sécurité d 'un individu. En effet, ils ne sont configurés que pour donner l ' information sur la valeur de la résistance de terre. La demande de brevet CN 201 508 392 décrit une méthode de mesure de la résistance de la terre permettant d' éliminer une unique fréquence dans la tension neutre-terre. Cependant, les perturbations engendrées par les autres harmoniques ne sont pas éliminées et perturbent encore la mesure de la tension terre-neutre et par conséquent la détermination de la résistance de la terre.
La demande de brevet EP 1 482 3 17 décrit une méthode d' inj ection de courant de très grande amplitude de manière à améliorer le rapport signal sur bruit de la mesure de tension terre-neutre. Cependant, la méthode nécessite un environnement adapté pouvant supporter les forts pics de courants dans la terre et n' est ainsi applicable qu' en usine où les disjoncteurs tolèrent des fuites dix à mille fois plus importantes que les disjoncteurs d'un réseau domestique qui se déclenchent généralement pour un courant supérieur à 33 mA.
La demande de brevet EP 0 642 027 décrit une méthode s ' appuyant sur une inj ection de tension entre la terre et le neutre. Cependant, la mise en œuvre d'une telle méthode requiert un système de taille bien trop importante pour être intégré à un véhicule, et pour pouvoir imposer une tension au réseau.
L 'invention se propose de fournir un système et un procédé d' estimation de la résistance de la terre embarquée sur un véhicule automobile en filtrant les perturbations dues au réseau d' alimentation et en distinguant la présence d'une capacité parasite située sur ce même réseau.
Selon un aspect de l ' invention, il est proposé selon un mode de réalisation, un système sécurisé de charge d'une batterie d'un véhicule automobile à partir d'un réseau d' alimentation. Le système est embarqué sur le véhicule automobile et comprend des moyens d' inj ection d' impulsions de courant dans le réseau d' alimentation, des moyens de mesure de la tension entre la terre et le neutre du réseau d' alimentation.
Selon une caractéristique générale de l 'invention, les moyens d' inj ection d' impulsions sont configurés pour que chaque inj ection d'impulsions de courant dans le réseau d'alimentation comprend l'injection d'une première impulsion positive suivie d'une seconde impulsion négative, la première et la seconde impulsions ayant une intensité égale en valeur absolue et étant séparées d'un intervalle suffisamment court pour qu'une capacité parasite couplée au réseau d'alimentation soit encore chargée lors de la seconde impulsion, et le système comprend des moyens de détermination de la résistance de terre à partir de l'amplitude des impulsions de courant et des tensions mesurées pour la première impulsion et la seconde impulsion de chaque injection d'impulsions.
Lors de la première impulsion positive, la capacité étant déchargée, la tension mesurée à l'issue de l'impulsion de courant s'exprimera à partir de l'expression :
Figure imgf000007_0001
Où Vim est la tension mesurée aux bornes du véhicule entre le neutre et la terre pour la première impulsion de courant injectée, Ilnj est l'intensité de l'impulsion de courant injectée dans le réseau d'alimentation, Rt est la résistance entre le neutre et la terre du réseau d'alimentation, et Cparasite est la capacité parasite connectée entre le neutre et la terre du réseau d'alimentation.
Lors de la seconde impulsion négative, immédiatement après la première impulsion, la capacité partant d'un état chargé, la tension mesurée n'est pas exactement l'opposé de la mesure précédente mais, après simplification, s'exprimera à partir de l'expression :
Figure imgf000007_0002
Où V2 m est la tension mesurée aux bornes du véhicule entre le neutre et la terre pour la seconde impulsion de courant injectée, Lnj est l'intensité de l'impulsion de courant injectée dans le réseau d'alimentation, Rt est la résistance entre le neutre et la terre du réseau d'alimentation, et Cparasite est la capacité parasite connectée entre le neutre et la terre du réseau d'alimentation Chaque inj ection de deux impulsions consécutives est séparée de la précédente par plusieurs périodes électriques du réseau d' alimentation.
Pour retrouver les valeurs de la résistance de terre et de l ' éventuelle capacité parasite couplée au réseau d' alimentation, on peut utiliser les formules suivantes :
Figure imgf000008_0001
Le système peut avantageusement comprendre des moyens de mesure de la fréquence du réseau d' alimentation, un filtre analogique pour filtrer à hautes fréquences les tensions mesurées, un filtre numérique pour filtrer à basses fréquences les tensions filtrées analogiquement, les moyens de détermination utilisant les tensions filtrées numériquement comme tensions mesurées, et le filtre numérique comprenant un filtre de moyenne déterminant une moyenne à partir de N mesures de tension espacées d'un intervalle de temps T
T -\ , avec T la période du réseau d' alimentation déterminée par les
N
moyens de mesure de la fréquence du réseau d' alimentation.
Cela permet de filtrer les perturbations d'un réseau d' alimentation non parfait. Ainsi, pour un réseau d' alimentation classique à 50 Hz et une moyenne effectuée à partir de 40 mesures, le filtre de moyenne déterminera une moyenne à partir de 40 mesures de tension réalisées avec un intervalle entre de 20,5 ms entre deux mesures.
Les hautes fréquences comprennent les fréquences supérieures à 2 kHz et notamment celles supérieures à 5 kHz. Les basse fréquences comprennent les fréquences inférieures à 5 kHz et notamment les fréquences comprises entre 50 Hz et 2 kHz.
Dans le cas d'un réseau d' alimentation ayant une fréquence de 60 Hz et d 'une moyenne réalisée à partir de 40 mesures de tension, les mesures seront espacées d' un intervalle de temps de 1 7, 1 ms en arrondissant à 0, 1 ms près (T= 16,7 ms).
De préférence, le filtre analogique est un filtre analogique du second ordre avec une fréquence de coupure comprise entre 800 Hz et 1 ,2 kHz, et préférentiellement de 1 kHz, et un facteur d' amortissement compris entre 0,6 et 0, 8 , et préférentiellement de 0,7, de manière à obtenir une atténuation de -20 dB à une fréquence de 3 kHz.
Le choix d'un filtre analo gique ayant de telles caractéristiques permet de diminuer au maximum la durée des impulsions de courant inj ectées dans le réseau d' alimentation pour effectuer les mesures. La diminution de la durée des impulsions de courant permet d' augmenter l ' amplitude des impulsions de courant et ainsi d' améliorer le rapport signal/bruit.
Avantageusement, compte-tenu de la bande passante du filtre analogique, pour que la tension mesurée soit bien l' image du courant des impulsions inj ectées, c ' est-à-dire pour tenir compte du temps de réponse du filtre analogique, les impulsions de courant ont une durée au moins supérieure à 0, 8 ms, et préférentiellement de 1 ms et une amplitude maximale comprise entre 1 8 mA et 22 mA, et préférentiellement de 20 mA.
Le système embarqué sécurisé peut avantageusement comprendre des moyens de commande de sécurité aptes à activer la charge de la batterie à partir du réseau d' alimentation seulement si la résistance de terre mesurée est inférieure à un seuil d' activation.
Ainsi si la terre du réseau d' alimentation présente une résistance supérieure au seuil d' activation, c ' est-à-dire une résistance considérée comme au moins équivalente à la résistance d'un corps humain, le réseau d' alimentation n' est pas couplé à la batterie du véhicule et la charge n' est pas débutée. Ceci afin d ' éviter un risque d' apparition d'un courant de toucher.
Pour cela, le seuil d' activation peut avantageusement correspondre à une valeur de résistance comprise entre 20 et 600 Ohms, et de préférence de 200 Ohms . Selon un autre aspect, il est proposé, dans un mode de mise en œuvre, un procédé de charge sécurisée de la batterie d'un véhicule automobile à partir d'un réseau d' alimentation estimant la résistance entre la terre et le neutre du réseau d' alimentation, dans lequel on réalise au moins une inj ection d' impulsions de courant dans le réseau d' alimentation, on réalise des mesures de tension entre la terre et le neutre du réseau d' alimentation en réponse à chaque impulsion, et on détermine la résistance de terre à partir des tensions mesurées .
Selon une caractéristique générale de l 'invention, chaque inj ection d' impulsions de courant dans le réseau d' alimentation comprend l' inj ection d'une première impulsion positive suivie d 'une seconde impulsion négative, la première et la seconde impulsions ayant une intensité égale en valeur absolue et étant séparées d 'un intervalle suffisamment court pour qu 'une capacité parasite couplée au réseau d' alimentation soit encore chargée lors de la seconde impulsion, et la détermination de la résistance de terre est réalisée à partir de l ' amp litude des impulsions de courant et des tensions mesurées pour la première impulsion et la seconde impulsion de chaque injection d' impulsions.
Avantageusement, on mesure la fréquence du réseau d' alimentation, on filtre analogiquement à hautes fréquences les tensions mesurées pour chaque impulsion, on filtre numériquement à basses fréquences les tensions filtrées analo giquement, et la détermination de la résistance de terre est réalisée à partir des tensions filtrées numériquement, le filtrage numérique comprenant la détermination d'une moyenne à partir de N mesures de tension
T
espacées d'un intervalle de temps T -\ , avec T la période du réseau
N
d' alimentation déterminée à partir de la mesure de la fréquence du réseau d' alimentation.
De préférence, le filtrage analogique comprend un filtrage au second ordre avec une fréquence de coupure comprise entre 800 Hz et 1 ,2 kHz, et préférentiellement de 1 kHz, et un facteur d' amortissement compris entre 0,6 et 0, 8 , et préférentiellement de 0,7. Préférentiellement, les impulsions de courant ont une durée au moins supérieure à 0, 8 ms, et préférentiellement de 1 ms et une amplitude maximale comprise entre 1 8 mA et 22 mA, et préférentiellement de 20 mA.
De préférence, la durée des impulsions de courant inj ectées dans le réseau d' alimentation correspond au moins à la période du réseau d' alimentation.
Avantageusement, on peut réaliser N=40 mesures de tension entre la terre et le neutre pour éliminer les 39 premières harmoniques du réseau d' alimentation.
De préférence, on couple le réseau d' alimentation à la batterie seulement si la résistance de terre mesurée est inférieure à un seuil d' activation.
D ' autres avantages et caractéristiques de l' invention apparaîtront à l ' examen de la description détaillée d'un mode de réalisation et d 'un mode de mise en œuvre, nullement limitatifs, et des dessins annexés, sur lesquels :
la figure 1 présente de manière schématique un système embarqué sécurisé de charge d'une batterie d'un véhicule automobile selon un mode de réalisation ;
la figure 2 présente un organigramme d'un procédé d' estimation de la résistance de terre d'un réseau d' alimentation selon un mode de mise en œuvre ;
la figure 3 présente un schéma électrique des tensions mises en œuvre sur le réseau d' alimentation ;
la figure 4 représente deux diagrammes de Bode en amplitude et en phase illustrant les actions des deux filtres du système de la figure 1 .
Sur la figure 1 est représenté un système sécurisé 1 selon un mode de réalisation de l ' invention. Le système sécurisé 1 est embarqué à un bord d'un véhicule automobile et est destiné à être couplé entre un réseau d' alimentation 2 et une batterie 3 du véhicule automobile lors de la charge de la batterie. Le système 1 comprend des moyens 4 de mesure de la fréquence du réseau d' alimentation 2 ainsi que des moyens 5 d' inj ection d' impulsions de courant dans le réseau d' alimentation 2. Les moyens 4 de mesure de fréquence sont couplés aux moyens 5 d' inj ection d' impulsions de courant de manière à délivrer aux moyens 5 d' inj ection d' impulsions de courant la valeur de la fréquence du réseau d' alimentation 2.
Les moyens 5 d' inj ection d' impulsions de courant ajustent la durée minimum des impulsions à la période T du signal du réseau d' alimentation 2. Dans le cas d'un réseau d' alimentation 2 à 50 Hz la durée minimale des impulsions de courant sera de 1 ms. A chaque inj ection, les moyens d' impulsions 5 délivrent une première impulsion positive suivie immédiatement après, d'une seconde impulsion négative. Les deux impulsions successives possèdent la même amplitude en valeur absolue mais sont de signe opposé.
Cette double impulsion de signes opposés permet, lors de la détermination de la résistance de terre, de s ' affranchir de la valeur de l ' éventuelle capacité parasite couplée au réseau d' alimentation 2 qui peut fausser la valeur de la résistance de terre.
Le système 1 comprend également des moyens de mesure 6 de la tension entre la terre et le neutre du réseau d' alimentation 2 qui réalisent une mesure de tension en réponse à chaque impulsion de courant inj ectée sur la terre et rebouclant par le neutre du réseau d' alimentation 2.
Les mesures de tensions réalisées à l' issue de la première et de la seconde impulsions successives donnent des valeurs strictement opposées lorsqu' il n'y a pas de capacité parasite couplée au réseau d' alimentation 2.
Lorsqu'il existe une capacité parasite, cette capacité déchargée avant la première impulsion, se charge lors de cette première impulsion, et n' a pas le temps de se décharger avant la seconde impulsion de courant de signe opposé. Dès lors les deux mesures de tensions résultant des deux impulsions de courant successives diffèrent et s ' expriment à partir des équations ( 1 ) et (2) déjà mentionnées. Pour retrouver les valeurs de la résistance de terre et de l ' éventuelle capacité parasite couplée au réseau d' alimentation, on applique les formules (3) et (4) utilisant les mesures de tension de la première et de la seconde impulsion d'une inj ection.
Chaque inj ection d'une première et d'une seconde inj ection est séparée de la précédente par une pluralité de périodes électriques du réseau d' alimentation 2.
Les processeurs d'un véhicule automobile fonctionnent à une fréquence maximale de 1 0 kHz. On sait déj à d' après le théorème de Shannon qu' il sera tout à fait impossible de filtrer les perturbations dues à des fréquences supérieures à 5 kHz à l ' aide d'un filtre numérique. Pour pouvoir s ' affranchir des perturbations hautes fréquences dans les mesures de tension, le système 1 comprend un filtre analo gique 7 couplé en sortie des moyens de mesure 6 de tension.
Le filtre analogique 7 utilisé dans ce mode de réalisation est un filtre analogique du second ordre avec une fréquence de coupure à 1 kHz et un facteur d ' amortissement de 0,7 afin d'obtenir une atténuation de -20 dB à 3 kHz. Il est préférable d'utiliser un filtre possédant de telles caractéristiques plutôt qu'un filtre analo gique quelconque, car il permet de diminuer au maximum la durée des impulsions de courant inj ectées et permet ainsi une augmentation de l ' amplitude des impulsions de courant inj ectées .
Le système 1 comprend un filtre numérique 8 couplé à la sortie du filtre analogique 7. Le filtre numérique 8 permet d' éliminer les perturbations dues aux harmoniques du réseau d' alimentation 2 entre 50 Hz et 2 kHz. Au-delà de 2 kHz, le filtre analogique atténue déj à suffisamment les perturbations.
Compte-tenu de la bande-passante du filtre analo gique, pour que la tension mesurée soit bien l' image du courant des impulsions inj ectées, il est préférable que la durée minimale des impulsions de courant inj ectées corresponde au moins au temps de réponse du filtre analogique pour que le filtrage à hautes fréquences soit efficace . Pour cela, la durée des impulsions inj ectées doit au moins correspondre à une période du signal du réseau d' alimentation 2. Ainsi, pour un réseau d' alimentation 3 de fréquence 50 Hz, la durée minimale des impulsions de courant inj ectées doit être de 1 ms.
Une durée plus longue d' impulsion de courant obligerait à diminuer l ' amplitude des impulsions de courant pour ne pas faire disjoncter le système. Or, il est important d' émettre des impulsions d' amp litude la plus importante possible car elles génèrent en réponse des tensions plus importantes et donc plus visibles par rapport au bruit.
Dans le cas d'un réseau d ' alimentation 2 à 50 Hz, pour une impulsion de 1 ms, l ' amplitude des impulsions de courant peut atteindre 20 mA au maximum sans qu' il y ait de risque que le système disjoncte . Une impulsion de 20 mA sur une résistance de 50 Ohms engendrera une tension de 1 V noyée dans des bruits de 50 V (sommes des bruits aux harmoniques du réseau d' alimentation) . De façon numérique, il faut donc éliminer au maximum les harmoniques du réseau d' alimentation 2.
Pour ce faire le filtre numérique 8 comprend un filtre de moyenne qui présente l ' avantage d' atténuer à l' infini les fréquences ciblées. Par exemple, enregistrer deux points séparés de 10 ms et en faire la moyenne permet d' éliminer totalement le 50 Hz.
Le filtre numérique est couplé aux moyens 4 de mesure de la fréquence du réseau d' alimentation 2 afin de recevoir l ' information relative à la période électrique T du réseau d' alimentation 2.
En enregistrant quarante points de mesures équirépartis sur les 20 ms de période électrique, chaque point de mesure comprenant une mesure de tension pour la première impulsion et une mesure de tension pour la seconde impulsion, il est possible d' éliminer jusqu' à la 39e harmonique du réseau, soit jusqu' à la fréquence 1 950 Hz sur un réseau d' alimentation 2 fonctionnant à 50 Hz.
Cependant réaliser des inj ections de deux impulsions successives de 1 ms chacune, chaque double impulsion étant espacée de la précédente de 500 est impossible avec une amplitude d' impulsion de 20 mA. Il est fait ici référence à une inj ection d'une première impulsion suivie immédiatement après d'une seconde impulsion de signe opposé par l ' expression « double impulsion ».
Pour pouvoir néanmoins effectuer cette moyenne, le système réalise des mesures de double impulsion en se décalant à chaque nouvelle mesure de double impulsion d 'une période électrique T du signal du réseau d ' alimentation 2 en plus du décalage de mesure d égal à d=T/N avec N le nombre de mesures à réaliser dans une période électrique T de signal.
Ainsi, dans le cas d'un réseau d' alimentation à 50 Hz et d' une moyenne réalisée à partir de 40 mesures, la première double mesure de tension en réponse à une première double impulsion serait réalisée à un instant t = 0 , et la seconde double mesure de tension en réponse à une seconde double impulsion à instant ultérieur t = 20,5ms , l ' intervalle correspondant à l ' addition d'une période électrique T= l /50=20ms avec un décalage de mesure d=20/40=0,5ms. Cette seconde double mesure serait identique à une double mesure effectuée seulement 500 après la première puisque le signal de bruit est périodique avec une période T=20ms.
En faisant ainsi quarante acquisitions de doubles mesures de tension espacées de 20,5 ms et en faisant la moyenne des premières tensions mesurées pour chaque double impulsion (moyenne positive), d'une part, et la moyenne des secondes tensions mesurées pour chaque double impulsion (moyenne négative), d' autre part, sur ces quarante doubles mesures, le filtre numérique 8 élimine les perturbations aux harmoniques du réseau et permet de retrouver la composante continue due aux impulsions de courant injectées dans le réseau d' alimentation 2.
La tension moyenne ainsi filtrée numériquement est délivrée à des moyens de détermination 9 de la résistance Rt entre la terre et le neutre du réseau d' alimentation 2. La valeur de la résistance de la terre est déterminée à partir de la valeur abso lue du rapport entre le carré de ladite moyenne des premières tensions et le produit de ladite moyennes des secondes tensions par l ' amplitude des impulsions de courant inj ectées dans le réseau d ' alimentation 2.
Le système 1 comprend des moyens de commande de sécurité 10 couplés en entrée aux moyens de détermination 9 et en sortie à la batterie 3 du véhicule automobile . Si la valeur de la résistance de terre déterminée est inférieure à une valeur seuil de 500 Ohms, le couplage est réalisé avec la batterie 3 du véhicule automobile, et la charge peut démarrer. Sinon, la batterie 3 n' est pas couplée électriquement au réseau d' alimentation 2 et la charge n' a pas lieu.
La figure 2 présente un organigramme d'un procédé d' estimation de la résistance entre la terre et le neutre d'un réseau d' alimentation utilisé pour charger une batterie d'un véhicule automobile selon un mode de mise en œuvre .
Dans une première étape 210 , on mesure la fréquence du réseau d' alimentation 2 couplé au véhicule automobile 100 pour recharger la batterie 3 du véhicule automobile.
Dans une étape suivante 220, on inj ecte des doubles impulsions de courant dans le réseau d' alimentation 2, chaque double impulsion comprenant une première impulsion de courant suivi d'une seconde impulsion de courant de signe opposé . La durée des impulsions dépend du filtre analogique 7 choisi qui dépend lui-même de la période du réseau d' alimentation 2.
Puis, dans une étape 230, on réalise des mesures de tension Vx m entre la terre, Terre, et le neutre, N ' eutre, du réseau d' alimentation 2 à l' issue de chacune des première et seconde impulsions de courant Lnj inj ectées. La figure 3 présente un schéma électrique des tensions mises en œuvre sur le réseau d' alimentation.
Dans une étape suivante 240, on filtre analogiquement à hautes fréquences chaque tension mesurée Vx m.
On acquière ensuite la mesure Vx m, dans une étape 250 , puis on teste le nombre de mesures Vx m effectuées dans une étape 260. Si on n' a pas encore effectué 40 doubles mesures de tension, on recommence une double mesure à partir d 'une nouvelle inj ection de double impulsion de courant à l ' étape 220 sur une période électrique T suivante, en ayant décalé, dans une étape 270, le moment de la double mesure d'un temps de décalage d=T/N, soit dans le cas d'un réseau d'alimentation à 50 Hz, un temps d=0,5 ms.
Une fois la 40e double mesure effectuée, on filtre numériquement à basses fréquences, dans une étape suivante 280, en réalisant la moyenne des quarante premières tensions mesurées Vim d'une part et la moyenne des quarante seconde tension mesurées V2 m d'autre part, et on détermine finalement, dans une étape 290, la résistance Rt entre la terre, Terre, et le neutre, Neutre, à partir de la valeur absolue du rapport entre le carré de ladite moyenne des premières tensions et le produit de ladite moyenne des secondes tensions par l'amplitude des impulsions de courant selon l'expression (3). Cette détermination permet de s'affranchir de la valeur de la capacité parasite Cparasite couplée entre la terre, Terre, et le neutre, Neutre, du réseau d'alimentation 2 via le couplage d'un autre véhicule automobile 110 au réseau d'alimentation 110.
La figure 4 présente sur deux diagrammes de Bode l'amplitude et la phase des actions du filtre analogique en tirets et du filtre numérique en trait plein pour une fréquence du réseau d'alimentation de 50 Hz.
Le système sécurisé 1 est adapté aux contraintes de l'automobile et permet de vérifier la qualité de la terre d'un réseau, notamment d'un réseau domestique avant d'autoriser le début de la charge de la batterie du véhicule automobile à bord duquel le système sécurisé est embarqué, et ce même lorsqu'un élément perturbateur, tel qu'un autre chargeur, introduit des éléments capacitifs sur le réseau d'alimentation.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système ( 1 ) sécurisé de charge d' une batterie (3) d'un véhicule automobile à partir d'un réseau d' alimentation (2), le système ( 1 ) étant embarqué sur le véhicule automobile et comprenant des moyens d' inj ection (5) d' impulsions de courant dans le réseau d' alimentation (2), des moyens de mesure (6) de la tension entre la terre et le neutre du réseau d' alimentation (2), caractérisé en ce que les moyens d' inj ection d' impulsions sont configurés pour que chaque inj ection d' impulsions de courant dans le réseau d' alimentation (2) comprenne l 'inj ection d'une première impulsion positive suivie d 'une seconde impulsion négative, la première et la seconde impulsions ayant une intensité égale en valeur absolue et étant séparées d 'un intervalle suffisamment court pour qu 'une capacité parasite couplée au réseau d' alimentation (2) soit encore chargée lors de la seconde impulsion, et le système comprend des moyens de détermination (9) de la résistance de terre à partir de l ' amplitude des impulsions de courant et des tensions mesurées pour la première impulsion et la seconde impulsion de chaque inj ection d' impulsions .
2. Système ( 1 ) selon la revendication 1 , comprenant des moyens de mesure (4) de la fréquence du réseau d' alimentation (2) , un filtre analogique (7) pour filtrer à hautes fréquences les tensions mesurées, un filtre numérique (8) pour filtrer à basses fréquences les tensions filtrées analogiquement, les moyens de détermination (9) utilisant les tensions filtrées numériquement comme tensions mesurées, et le filtre numérique (8) comprenant un filtre de moyenne déterminant une moyenne à partir de N mesures de tension espacées
T
d'un intervalle de temps T -\ , avec T la période du réseau
N
d' alimentation (2) déterminée par les moyens de mesure (4) de la fréquence du réseau d' alimentation (2) .
3. Système ( 1 ) selon la revendication 2, dans lequel le filtre analogique (7) est un filtre analogique du second ordre avec une fréquence de coupure comprise entre 800 Hz et 1 ,2 kHz, et préférentiellement de 1 kHz, et un facteur d' amortissement compris entre 0 ,6 et 0, 8 , et préférentiellement de 0,7.
4. Système ( 1 ) selon la revendication 3 , dans lequel les impulsions de courant ont une durée au moins supérieure à 0, 8 ms, et préférentiellement de 1 ms et une amplitude maximale comprise entre 1 8 mA et 22 mA, et préférentiellement de 20 mA.
5. Système ( 1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 , comprenant des moyens de commande ( 1 0) de sécurité aptes à activer la charge de la batterie (3) à partir du réseau d' alimentation (2) seulement si la résistance de terre mesurée est inférieure à un seuil d' activation.
6. Système ( 1 ) selon la revendication 5 , dans lequel le seuil d' activation correspond à une valeur de résistance comprise entre 20 et 600 Ohms, et correspond de préférence à 200 ohms .
7. Procédé de charge sécurisée d'une batterie (3) d'un véhicule automobile à partir d'un réseau d' alimentation (2) estimant la résistance entre la terre et le neutre du réseau d' alimentation (2), dans lequel on réalise au moins une inj ection d' impulsions de courant dans le réseau d ' alimentation (2) , on réalise des mesures de tension entre la terre et le neutre du réseau d' alimentation (2) en réponse à chaque impulsion, et on détermine la résistance de terre à partir des tensions mesurées, caractérisé en ce que chaque inj ection d' impulsions de courant dans le réseau d' alimentation (2) comprend l 'inj ection d 'une première impulsion positive suivie d' une seconde impulsion négative, la première et la seconde impulsions ayant une intensité égale en valeur absolue et étant séparées d'un intervalle suffisamment court pour qu'une capacité parasite couplée au réseau d ' alimentation (2) soit encore chargée lors de la seconde impulsion, et la détermination de la résistance de terre est réalisée à partir de l ' amplitude des impulsions de courant et des tensions mesurées pour la première impulsion et la seconde impulsion de chaque inj ection d' impulsions .
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel on mesure la fréquence du réseau d' alimentation (2), on filtre analogiquement à hautes fréquences les tensions mesurées pour chaque impulsion, on filtre numériquement à basses fréquences les tensions filtrées analogiquement, et la détermination de la résistance de terre est réalisée à partir des tensions filtrées numériquement, le filtrage numérique comprenant la détermination d'une moyenne à partir de N
T
mesures de tension espacées d'un intervalle de temps T -\ , avec T la
N
période du réseau d' alimentation (2) déterminée à partir de la mesure de la fréquence du réseau d' alimentation (2) .
9. Procédé selon la revendication 8 , dans lequel le filtrage analogique comprend un filtrage au second ordre avec une fréquence de coupure comprise entre 800 Hz et 1 ,2 kHz, et préférentiellement de 1 kHz, et un facteur d' amortissement compris entre 0,6 et 0,8 , et préférentiellement de 0,7.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel les impulsions de courant ont une durée au moins supérieure à 0, 8 ms, et préférentiellement de 1 ms et une amplitude maximale comprise entre 1 8 mA et 22 mA, et préférentiellement de 20 mA.
1 1 . Procédé selon l 'une quelconque des revendications 7 à 1 0 , dans lequel la durée des impulsions de courant injectées dans le réseau d' alimentation (2) correspond au moins à la période du réseau d' alimentation (2) .
12. Procédé selon l 'une quelconque des revendications 7 à 1 1 , dans lequel on couple le réseau d' alimentation (2) à la batterie (3 ) seulement si la résistance de terre mesurée est inférieure à un seuil d' activation.
PCT/FR2013/051065 2012-05-16 2013-05-16 Système et procédé de charge sécurisée d'une batterie de véhicule automobile WO2013171431A1 (fr)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201380030823.2A CN104379385B (zh) 2012-05-16 2013-05-16 用于对机动车辆电池安全充电的系统和方法
EP13727298.5A EP2849964B1 (fr) 2012-05-16 2013-05-16 Système et procédé de charge sécurisée d'une batterie de véhicule automobile
KR1020147035150A KR102187158B1 (ko) 2012-05-16 2013-05-16 자동차 배터리의 안전 충전을 위한 시스템 및 방법
US14/401,436 US9637010B2 (en) 2012-05-16 2013-05-16 System and method for secure charging of a motor vehicle battery
BR112014028531-4A BR112014028531B1 (pt) 2012-05-16 2013-05-16 sistema protegido de carga de uma bateria de um veículo automotivo, e, processo de carga protegida de uma bateria de um veículo automotivo
JP2015512108A JP6502251B2 (ja) 2012-05-16 2013-05-16 自動車用バッテリの安全な充電のためのシステム及び方法
DK13727298.5T DK2849964T3 (en) 2012-05-16 2013-05-16 SYSTEM AND METHOD FOR SAFE CHARGING a motor BATTERY

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1254514A FR2990763B1 (fr) 2012-05-16 2012-05-16 Systeme et procede de charge securisee d'une batterie de vehicule automobile
FR1254514 2012-05-16
US201261657215P 2012-06-08 2012-06-08
US61/657,215 2012-06-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013171431A1 true WO2013171431A1 (fr) 2013-11-21

Family

ID=46579091

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2013/051065 WO2013171431A1 (fr) 2012-05-16 2013-05-16 Système et procédé de charge sécurisée d'une batterie de véhicule automobile

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9637010B2 (fr)
EP (1) EP2849964B1 (fr)
JP (1) JP6502251B2 (fr)
KR (1) KR102187158B1 (fr)
BR (1) BR112014028531B1 (fr)
DK (1) DK2849964T3 (fr)
FR (1) FR2990763B1 (fr)
WO (1) WO2013171431A1 (fr)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3016249A1 (fr) * 2014-01-08 2015-07-10 Electricite De France Dispositif de mesure electrique equipant un tableau electrique pour mesurer la resistance d'une prise de terre d'une installation electrique
WO2015104505A1 (fr) * 2014-01-08 2015-07-16 Electricite De France Dispositif de mesure électrique pour mesurer la résistance d'une prise de terre d'une installation électrique

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2986618B1 (fr) * 2012-02-08 2014-09-05 Renault Sa Systeme embarque securise de charge de la batterie d'un vehicule automobile a partir d'un reseau d'alimentation
US11498442B2 (en) * 2019-09-17 2022-11-15 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Systems and methods for noise cancellation in protective earth resistance check of vehicle onboard battery charger
EP4264292A1 (fr) * 2020-12-21 2023-10-25 Eldor Corporation S.p.A. Procédé et dispositif de mesure d'une résistance à la terre dans un système de charge de batterie
IT202200008597A1 (it) * 2022-04-29 2023-10-29 Porsche Ag Metodo e dispositivo per la misurazione di una resistenza di terra in un sistema di ricarica per batterie
IT202200008630A1 (it) * 2022-04-29 2023-10-29 Porsche Ag Metodo per la misurazione di una resistenza di terra in un sistema di ricarica per batterie

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0642027A1 (fr) 1993-09-01 1995-03-08 ABB Management AG Procédé et dispositif pour détecter des défaults à la terre des fils conducteurs dans une machine électrique
EP1482317A1 (fr) 2003-05-26 2004-12-01 Cirprotec, S.L. Appareil pour mesurer la resistance à terre utilisant la boucle neutre-terre et procédé de mesure
CN201508392U (zh) 2009-07-16 2010-06-16 福建省普华电子科技有限公司 变频接地电阻测量仪
WO2011112510A2 (fr) * 2010-03-08 2011-09-15 Pass & Seymour, Inc. Dispositif de protection pour équipement d'alimentation électrique

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4700300A (en) * 1984-06-27 1987-10-13 Halliburton Company Indicating barehole rugosity as a function of the difference between shallow and deep log indices
JPS61187664A (ja) * 1985-02-15 1986-08-21 Toyo Commun Equip Co Ltd 簡易絶縁抵抗測定装置
US5636620A (en) * 1996-05-22 1997-06-10 General Motors Corporation Self diagnosing ignition control
DE102006048604A1 (de) * 2006-10-13 2008-04-17 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Überprüfen eines Sensorsignals
KR100936410B1 (ko) * 2008-07-07 2010-01-12 한국철도기술연구원 접지 누설 전류 검출 시스템 및 그 방법
KR100969589B1 (ko) * 2009-03-03 2010-07-12 대호전자(주) 급속 충전용 배터리 모듈 관리 시스템
FR2975498B1 (fr) 2011-05-19 2014-02-14 Renault Sa Dispositif et procede d'estimation de la resistance du raccordement a la terre d'un appareil electrique
FR2976361B1 (fr) 2011-06-08 2015-07-31 Renault Sa Dispositif et procede correspondant de mesure de la resistance du raccordement a la terre d'un appareil electrique
FR2992429B1 (fr) 2012-06-20 2014-07-18 Renault Sa Dispositif de mesure de resistance de prise de terre et chargeur pour vehicule embarque muni d'un tel dispositif

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0642027A1 (fr) 1993-09-01 1995-03-08 ABB Management AG Procédé et dispositif pour détecter des défaults à la terre des fils conducteurs dans une machine électrique
EP1482317A1 (fr) 2003-05-26 2004-12-01 Cirprotec, S.L. Appareil pour mesurer la resistance à terre utilisant la boucle neutre-terre et procédé de mesure
CN201508392U (zh) 2009-07-16 2010-06-16 福建省普华电子科技有限公司 变频接地电阻测量仪
WO2011112510A2 (fr) * 2010-03-08 2011-09-15 Pass & Seymour, Inc. Dispositif de protection pour équipement d'alimentation électrique

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3016249A1 (fr) * 2014-01-08 2015-07-10 Electricite De France Dispositif de mesure electrique equipant un tableau electrique pour mesurer la resistance d'une prise de terre d'une installation electrique
WO2015104505A1 (fr) * 2014-01-08 2015-07-16 Electricite De France Dispositif de mesure électrique pour mesurer la résistance d'une prise de terre d'une installation électrique

Also Published As

Publication number Publication date
US9637010B2 (en) 2017-05-02
CN104379385A (zh) 2015-02-25
FR2990763A1 (fr) 2013-11-22
JP6502251B2 (ja) 2019-04-17
JP2015531855A (ja) 2015-11-05
KR102187158B1 (ko) 2020-12-04
FR2990763B1 (fr) 2014-05-09
US20150077055A1 (en) 2015-03-19
KR20150018574A (ko) 2015-02-23
DK2849964T3 (en) 2016-09-26
BR112014028531B1 (pt) 2021-01-12
BR112014028531A2 (pt) 2020-02-04
EP2849964B1 (fr) 2016-06-29
EP2849964A1 (fr) 2015-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2849964B1 (fr) Système et procédé de charge sécurisée d'une batterie de véhicule automobile
EP2812711B1 (fr) Système embarqué sécurisé de charge de la batterie d'un véhicule automobile à partir d'un réseau d'alimentation
EP2755848B1 (fr) Procede de surveillance du filtre capacitif d'un chargeur de batterie
EP1774347B1 (fr) Procede de determination des composantes active et reactive de l'impedance de boucle d'un reseau d'alimentation en courant alternatif
EP2864148B1 (fr) Dispositif de mesure de resistance de prise de terre et chargeur pour vehicule embarque muni d'un tel dispositif
EP2551981B1 (fr) Dispositif de surveillance d'un conducteur de terre avec mesure de l'impédance
FR2884928A1 (fr) Procede et dispositif de detection de l'etat charge d'une batterie d'accumulateurs fondes sur un calcul de reseau neuronal
EP2607909A1 (fr) Pince de terre pour mesurer la résistance de terre d'installations électriques
EP3077834B1 (fr) Estimation de la resistance d'isolement entre une batterie de vehicule automobile et la masse
EP3021484B1 (fr) Procede et module d'adaptation automatique d'impedance, en particulier pour une chaine d'emission ou reception radiofrequence
EP2817644B1 (fr) Procédé et système d'estimation de la résistance d'isolement entre une batterie et une masse électrique
FR2834881A1 (fr) Enregistreur de signaux physiologiques, notamment enregistreur holter de signaux ecg, comprenant des moyens de detection du debranchement ou de la coupure des cables de liaison
EP2901167B1 (fr) Procede et dispositif de determination de la position d'un defaut d'isolement
EP3016818B1 (fr) Procédé de determination de la présence d'un réseau d'alimentation de type it alimentant un chargeur de batterie automobile et chargeur correspondant
EP0654604A1 (fr) Procédé et dispositif d'allumage à bobine avec des décharges additionnelles pour diagnostics
EP4184183B1 (fr) Detection de l'etat ouvert ou ferme d'un disjoncteur
EP2718732B1 (fr) Dispositif et procede correspondant de mesure de la resistance du raccordement a la terre d'un appareil electrique
EP3438681B1 (fr) Procede et dispositif de test de protection arc electrique et appareil electrique comportant un tel dispositif

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13727298

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013727298

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015512108

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14401436

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20147035150

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112014028531

Country of ref document: BR

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01E

Ref document number: 112014028531

Country of ref document: BR

Free format text: SOLICITA-SE A APRESENTACAO DO DOCUMENTO DE PRIORIDADE US61/657,215, DE 08/06/2012, REIVINDICADA NO FORMULARIO DE ENTRADA NA FASE NACIONAL, UMA VEZ QUE O MESMO NAO CONSTA DA BIBLIOTECA DA OMPI PARA A DEVIDA VERIFICACAO DE SEUS DADOS.

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112014028531

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20141117