FR3136904A1 - POWER SUPPLY ADAPTER CONNECTED TO A CHARGING BOX OF AN ELECTRIFIED VEHICLE - Google Patents
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Abstract
La présente invention a pour objet un adaptateur d’alimentation électrique (20) destiné à être branché à un boitier de prise de recharge de la batterie de traction d’un véhicule électrifié pour alimenter un équipement électrique externe audit véhicule comprenant un premier connecteur électrique (201), un deuxième connecteur électrique (202), une première ligne d’alimentation d’énergie (220) reliant électriquement le premier et le deuxième connecteur (201, 202). Selon l’invention, l’adaptateur comporte en outre un moyen de détection (203) d’un défaut d’isolement de l’équipement externe lorsqu’il est branché au deuxième connecteur et un premier moyen de commande (206) d’un commutateur électrique de la ligne d’alimentation (220) en fonction de la détection. L’invention concerne également un procédé de protection contre les défauts d’isolement. L’invention aux recharges de véhicules électrifiés dites bidirectionnelles. Figure 2The present invention relates to an electrical power adapter (20) intended to be connected to a charging socket box for the traction battery of an electrified vehicle to power electrical equipment external to said vehicle comprising a first electrical connector ( 201), a second electrical connector (202), a first power supply line (220) electrically connecting the first and the second connector (201, 202). According to the invention, the adapter further comprises means for detecting (203) an insulation fault in the external equipment when it is connected to the second connector and a first means for controlling (206) a electrical switch of the power line (220) depending on the detection. The invention also relates to a method of protecting against insulation faults. The invention of so-called bidirectional charging of electrified vehicles. Figure 2
Description
Le domaine de l’invention concerne un adaptateur d’alimentation électrique branchable à un boitier de prise de recharge de véhicule électrifié pour alimenter un équipement électrique externe audit véhicule, un véhicule automobile comprenant un tel adaptateur et un procédé de protection électrique contre un défaut d’isolement.The field of the invention relates to an electrical power adapter pluggable to a charging socket box of an electrified vehicle to power electrical equipment external to said vehicle, a motor vehicle comprising such an adapter and a method of electrical protection against a fault. 'isolation.
L’invention s’applique aux applications d’usage d’un véhicule électrifié en recharge bidirectionnelle permettant, notamment, l’alimentation d’un équipement externe ou d’une installation externe à partir d’énergie stockée dans la batterie de traction du véhicule. Ce cas d’usage est couramment désigné par les expressions anglophones « Vehicule-To-Load » (V2L), « Vehicule-To-Home » (V2H), ou bien encore « Vehicule-to-Building » (V2B). Pour ce type d’usage on cherche à garantir la sécurité de l’utilisateur contre les défauts électriques pouvant surgir d’un appareil défectueux alimenté par l’adaptateur.The invention applies to applications of use of an electrified vehicle in bidirectional charging allowing, in particular, the powering of external equipment or an external installation from energy stored in the vehicle's traction battery . This use case is commonly referred to by the English expressions “Vehicle-To-Load” (V2L), “Vehicle-To-Home” (V2H), or even “Vehicle-to-Building” (V2B). For this type of use, we seek to guarantee the safety of the user against electrical faults that may arise from a defective device powered by the adapter.
On connait de l’état de la technique le document brevet US10855070B2 décrivant un véhicule comportant un générateur électrique et un socle de prise embarqué du véhicule destiné à l’alimentation d’un équipement à partir d’énergie générée par le générateur. Dans cet exemple, l’énergie électrique est fournie par une machine électrique fonctionnant en générateur. Ce document enseigne une solution de protection électrique contre les surchauffes au niveau du socle. Il est prévu une réduction de courant, voire une coupure de courant lorsque la température dépasse un seuil prédéterminé afin d’éviter un endommagement du socle et de la prise qui y est branchée.We know from the state of the art the patent document US10855070B2 describing a vehicle comprising an electric generator and an on-board socket base of the vehicle intended for powering equipment from energy generated by the generator. In this example, the electrical energy is provided by an electrical machine operating as a generator. This document teaches an electrical protection solution against overheating at the base level. There is provision for a reduction in power, or even a power cut, when the temperature exceeds a predetermined threshold in order to avoid damage to the base and the socket connected to it.
Comme solution V2L alternative, des constructeurs automobiles proposent un adaptateur d’alimentation électrique, appelé connecteur V2L ou adaptateur V2L, pouvant se brancher sur le boitier de prise de recharge du véhicule, au moyen d’un connecteur de type 2, et présentant un socle pouvant alimenter un équipement électrique en tension alternative jusqu’à une puissance de consommation d’environ 4kW ou 15 ampères. Le système de batterie et le chargeur embarqué du véhicule sont configurés de sorte que lorsque l’accessoire est activé, on autorise le transfert d’énergie électrique depuis la batterie de traction vers le socle électrique.As an alternative V2L solution, car manufacturers offer a power supply adapter, called a V2L connector or V2L adapter, which can be plugged into the vehicle's charging socket box, using a type 2 connector, and which has a base capable of supplying electrical equipment with alternating voltage up to a power consumption of approximately 4kW or 15 amps. The vehicle's battery system and on-board charger are configured so that when the accessory is activated, the transfer of electrical energy from the traction battery to the electrical base is authorized.
Ce type d’adaptateur prévoit généralement un mécanisme de protection contre la surchauffe et contre les courants de décharge excessifs. Lorsqu’une de ces situations est détectée, le véhicule déclenche une coupure d’alimentation pour protéger ses systèmes. Toutefois, il n’est pas prévu de protection lorsque c’est l’équipement, branché à l’adaptateur, qui est défectueux, notamment contre les défauts d’isolement électrique.This type of adapter generally provides a protection mechanism against overheating and excessive discharge currents. When one of these situations is detected, the vehicle initiates a power cut to protect its systems. However, no protection is provided when it is the equipment connected to the adapter that is defective, in particular against electrical insulation faults.
L’objectif de l’invention est de proposer une solution V2L de transfert d’énergie depuis un véhicule électrifié vers un équipement externe garantissant une sécurité électrique optimale pour l’utilisateur. Un objectif de l’invention est d’améliorer la protection contre le risque d’électrocution en cas d’un défaut de l’équipement externe.The objective of the invention is to propose a V2L solution for transferring energy from an electrified vehicle to external equipment guaranteeing optimal electrical safety for the user. An objective of the invention is to improve protection against the risk of electrocution in the event of a fault in external equipment.
Plus précisément, l’invention concerne un adaptateur d’alimentation électrique destiné à être branché à un boitier de prise de recharge de la batterie de traction d’un véhicule électrifié pour alimenter un équipement électrique externe audit véhicule comprenant :More specifically, the invention relates to an electrical power adapter intended to be connected to a charging socket box for the traction battery of an electrified vehicle to power electrical equipment external to said vehicle comprising:
- un premier connecteur électrique destiné à être branché au boitier de prise de recharge,- a first electrical connector intended to be connected to the charging socket box,
- un deuxième connecteur électrique destiné à l’alimentation électrique dudit équipement externe,- a second electrical connector intended for the power supply of said external equipment,
- une première ligne d’alimentation d’énergie reliant électriquement le premier et le deuxième connecteur.- a first power supply line electrically connecting the first and the second connector.
Selon l’invention, il comporte en outre un moyen de détection d’un défaut d’isolement de l’équipement externe lorsqu’il est branché au deuxième connecteur et un premier moyen de commande d’un commutateur électrique de la ligne d’alimentation en fonction de la détection.According to the invention, it further comprises means for detecting an insulation fault in the external equipment when it is connected to the second connector and a first means for controlling an electrical switch of the power line depending on the detection.
Selon une variante, le moyen de détection est un premier module électronique comportant un premier signal et un deuxième signal d’entrée reliés respectivement à une ligne de phase et une ligne de terre de la première ligne d’alimentation, une fonction intégrée de détection et diagnostic d’un défaut d’isolement et comportant un premier signal de sortie piloté en fonction du résultat de la fonction de détection et de diagnostic.According to a variant, the detection means is a first electronic module comprising a first signal and a second input signal connected respectively to a phase line and an earth line of the first power line, an integrated detection function and diagnosis of an insulation fault and comprising a first output signal controlled according to the result of the detection and diagnosis function.
Selon une variante, le premier moyen de commande est un deuxième module électronique recevant le premier signal de sortie du premier module et comportant un deuxième signal de sortie piloté en fonction du premier signal.According to a variant, the first control means is a second electronic module receiving the first output signal from the first module and comprising a second output signal controlled as a function of the first signal.
Selon une variante, le deuxième signal de sortie est adapté pour piloter un signal de contrôle du premier connecteur en modulation de largeur d’impulsion selon un niveau de tension et une fréquence prédéterminés.According to a variant, the second output signal is adapted to drive a control signal of the first connector in pulse width modulation according to a predetermined voltage level and frequency.
Selon une variante, l’adaptateur comporte en outre une batterie intégrée alimentant les premier et deuxième modules.According to one variant, the adapter further comprises an integrated battery powering the first and second modules.
Selon une variante, l’adaptateur comporte en outre un premier commutateur intégré pilotable reliant électriquement dans la première ligne d’alimentation le premier connecteur et le deuxième connecteur et l’état d’ouverture/fermeture du premier commutateur est piloté par le premier moyen de commande de commutateur.According to a variant, the adapter further comprises a first controllable integrated switch electrically connecting in the first power line the first connector and the second connector and the opening/closing state of the first switch is controlled by the first means of switch control.
Il est prévu un véhicule électrifié comprenant une batterie de traction, un boitier de prise de recharge électrique, un chargeur embarqué de la batterie de traction, une deuxième ligne d’alimentation reliant électriquement le boitier de recharge, le chargeur et la batterie de traction, un deuxième commutateur électrique entre la batterie et le boitier de recharge et un deuxième moyen de commande dudit commutateur, le véhicule comporte en outre un adaptateur amovible selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents apte à alimenter électriquement un équipement électrique externe au véhicule par son deuxième connecteur à partir d’énergie stockée dans la batterie de traction lorsque ledit adaptateur est branché audit boitier par son premier connecteur, l’adaptateur et le deuxième moyen de commande du commutateur sont reliés en communication et configurés pour commander l’ouverture du deuxième commutateur du véhicule de manière à déconnecter la batterie de traction et le boitier en cas de détection d’un défaut d’isolement dans la première ligne d’alimentation.An electrified vehicle is provided comprising a traction battery, an electric charging socket box, an on-board charger for the traction battery, a second power line electrically connecting the charging box, the charger and the traction battery, a second electrical switch between the battery and the charging box and a second means for controlling said switch, the vehicle further comprises a removable adapter according to any one of the preceding embodiments capable of electrically supplying electrical equipment external to the vehicle by its second connector from energy stored in the traction battery when said adapter is connected to said box via its first connector, the adapter and the second switch control means are connected in communication and configured to control the opening of the second vehicle switch so as to disconnect the traction battery and the box in the event of detection of an insulation fault in the first power line.
Il est prévu un procédé de protection électrique contre un défaut d’isolement électrique lorsqu’un équipement électrique est branché à un adaptateur selon l’un quelconque des modes de réalisation de l’adaptateur décrits précédemment, le procédé comportant les étapes suivantes :A method of electrical protection against an electrical insulation fault is provided when electrical equipment is connected to an adapter according to any of the embodiments of the adapter described above, the method comprising the following steps:
- la surveillance d’un défaut d’isolement de l’équipement externe branché à la première ligne d’alimentation électrique mise en œuvre par l’adaptateur,- monitoring an insulation fault in the external equipment connected to the first power supply line implemented by the adapter,
- la commande de l’ouverture d’un commutateur électrique en cas de détection d’un défaut d’isolement.- controlling the opening of an electrical switch in the event of detection of an insulation fault.
Selon une variante du procédé dans lequel l’adaptateur est branché au boitier de prise de recharge d’un véhicule électrifié comportant une batterie de traction, la commande de l’ouverture comporte la génération d’une consigne de commande à destination du véhicule, la consigne étant un signal piloté en modulation de largeur d’impulsion selon un niveau de tension et une fréquence prédéterminés interprétable par le véhicule pour l’ouverture d’un commutateur, la transmission de la dite consigne à travers le boitier de prise de recharge, l’ouverture d’un commutateur électrique du véhicule pour la déconnexion du boitier avec la batterie.According to a variant of the method in which the adapter is connected to the charging socket box of an electrified vehicle comprising a traction battery, the opening control comprises the generation of a control instruction intended for the vehicle, the instruction being a signal controlled in pulse width modulation according to a predetermined voltage level and frequency interpretable by the vehicle for the opening of a switch, the transmission of said instruction through the charging socket box, the opening of an electrical switch of the vehicle to disconnect the box with the battery.
Selon une variante dans laquelle l’adaptateur comporte un commutateur intégré, la commande de l’ouverture comporte la génération d’une consigne de commande d’ouverture du commutateur intégré de l’adaptateur, l’ouverture du premier commutateur, la signalisation d’un défaut d’isolement de la première ligne d’alimentation.According to a variant in which the adapter comprises an integrated switch, the opening control comprises the generation of an opening command instruction for the integrated switch of the adapter, the opening of the first switch, the signaling of an insulation fault on the first power supply line.
L’adaptateur selon l’invention fournit une solution V2L ayant une protection électrique améliorée contre les défauts électriques d’un éventuel équipement externe défectueux. En particulier, l’adaptateur à une fonction de détection d’un défaut d’isolement IMD pouvant fonctionner lors de la décharge, ainsi que préalablement à l’opération d’une décharge. L’utilisateur est ainsi informé dès le branchement de l’équipement externe à l’adaptateur que ce dernier présente un défaut d’isolement.The adapter according to the invention provides a V2L solution having improved electrical protection against electrical faults from possible defective external equipment. In particular, the adapter has an IMD insulation fault detection function that can operate during discharge, as well as before discharging operation. The user is thus informed as soon as the external equipment is connected to the adapter that the latter has an insulation fault.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels :Other characteristics and advantages of the present invention will appear more clearly on reading the detailed description which follows including embodiments of the invention given by way of non-limiting examples and illustrated by the appended drawings, in which:
L’invention s’applique aux véhicules électrifiés, en particulier les véhicules automobiles rechargeables. Cela inclut les véhicules électriques à motorisation 100% électrique et les véhicules hybrides dits « Plug-In » munis d’un boitier de prise de recharge. L’invention concerne les cas d’usage dits V2L, V2H ou V2B dans lesquelles on utilise de l’énergie électrique stockée dans la batterie de traction du véhicule pour alimenter un équipement externe au véhicule. L’invention concerne plus particulièrement un adaptateur d’alimentation électrique prévu pour être branché sur le boitier de prise de recharge du véhicule et présentant un socle d’alimentation. L’adaptateur comporte une fonction de protection électrique contre les défauts d’isolement électrique d’un éventuel équipement externe défectueux. L’invention concerne un véhicule électrifié comportant un adaptateur selon l’invention.The invention applies to electrified vehicles, in particular rechargeable motor vehicles. This includes electric vehicles with 100% electric engines and so-called “Plug-In” hybrid vehicles equipped with a charging socket box. The invention concerns so-called V2L, V2H or V2B use cases in which electrical energy stored in the vehicle's traction battery is used to power equipment external to the vehicle. The invention relates more particularly to an electrical power adapter intended to be connected to the charging socket box of the vehicle and having a power base. The adapter has an electrical protection function against electrical insulation faults from possible defective external equipment. The invention relates to an electrified vehicle comprising an adapter according to the invention.
En
Le chargeur embarqué 9 coopère avec le boitier électrique de prise de recharge 7 destiné à se brancher au moyen d’un câble de recharge à une source d’alimentation externe connectée à un réseau d’alimentation électrique, fonctionnant généralement en tension alternative. Par exemple, le chargeur 9 est positionné sous la carrosserie du véhicule 1 à proximité du boitier de prise de recharge 7, et il est relié électriquement entre le boitier 7 et le système de batterie 3. Le chargeur 9 a pour fonction de gérer la communication entre les différentes bornes de recharge et de surveiller et de contrôler la recharge électrique sur borne. Le chargeur 9 comporte également un module de conversion électrique de type alternatif/continu AC/DC et un autre module de type continu/continu DC/DC. Dans les situations de recharge sur borne, il réalise la conversion d’une tension alternative vers une tension continue, notamment lors de recharge en mode 2 ou mode 3 dans lesquels il est nécessaire de convertir une tension alternative en 220V de type monophasée ou triphasée (ou 110V selon le standard électrique de la région) vers une tension continue compatible du système de batterie. La source d’alimentation peut être une prise domestique, station fixe domestique (appelée couramment « Wallbox » en anglais), une borne de recharge d’une station autoroutière prévue à cet effet, ou bien encore une borne de recharge mobile. Le boitier 7 comporte un connecteur électrique apte à recevoir une tension alternative de type monophasée, triphasée ou bien encore continue pour les recharges dites rapides. Par exemple, le boitier de prise de recharge 7 est de type 2.The on-board charger 9 cooperates with the electrical charging socket box 7 intended to connect by means of a charging cable to an external power source connected to an electrical supply network, generally operating at alternating voltage. For example, the charger 9 is positioned under the body of the vehicle 1 near the charging socket box 7, and it is electrically connected between the box 7 and the battery system 3. The function of the charger 9 is to manage the communication between the different charging stations and to monitor and control the electric charging on the terminal. The charger 9 also includes an AC/DC alternating/continuous type electrical conversion module and another DC/DC direct/continuous type module. In terminal charging situations, it converts an alternating voltage to a direct voltage, particularly when recharging in mode 2 or mode 3 in which it is necessary to convert an alternating voltage into 220V of single-phase or three-phase type ( or 110V according to the electrical standard of the region) to a compatible DC voltage of the battery system. The power source can be a domestic socket, a fixed domestic station (commonly called a “Wallbox” in English), a charging station at a motorway station provided for this purpose, or even a mobile charging station. The box 7 includes an electrical connector capable of receiving an alternating voltage of the single-phase, three-phase or even continuous type for so-called rapid recharges. For example, charging socket box 7 is type 2.
Pour la mise en œuvre d’un usage V2L, le chargeur embarqué 9 est apte à fonctionner en recharge bidirectionnelle. La conversion électrique est possible dans le sens du boitier 7 vers la batterie 3 et dans le sens inverse, de la batterie 3 vers le boitier 7. En outre, le chargeur 9 est prévu pour superviser la décharge de la batterie 3 vers un équipement externe, par exemple pour contrôler le niveau de décharge de la batterie, le niveau du courant de décharge ou bien encore la température du chargeur.For the implementation of V2L use, the on-board charger 9 is capable of operating in bidirectional charging. Electrical conversion is possible in the direction of the box 7 towards the battery 3 and in the opposite direction, from the battery 3 towards the box 7. In addition, the charger 9 is provided to supervise the discharge of the battery 3 towards external equipment , for example to control the battery discharge level, the discharge current level or even the charger temperature.
La batterie de traction 3 est destinée à l’alimentation électrique de la machine de traction du véhicule. Il comporte des moyens de stockage d’énergie électrique. Dans le cadre de l’invention, la tension du système de batterie de traction 3 peut être de type 48V ou supérieure, de type 400 volts selon le mode de réalisation préférentielle (comprise entre 350 volts et 450 volts), de type 800 volts (comprise entre 700 volts et 900 volts), ou voire plus. La batterie 3 comprend des éléments de stockage d’énergie comportant des cellules électrochimiques, par exemple de type Lithium-ion.The traction battery 3 is intended for the electrical supply of the vehicle's traction machine. It includes means of storing electrical energy. In the context of the invention, the voltage of the traction battery system 3 can be of type 48V or higher, of type 400 volts according to the preferred embodiment (comprised between 350 volts and 450 volts), of type 800 volts ( between 700 volts and 900 volts), or even more. The battery 3 comprises energy storage elements comprising electrochemical cells, for example of the Lithium-ion type.
La batterie 3 comprend également un calculateur de gestion (désigné par l’acronyme BMS pour « Battery Management System » ou TBCU pour « Traction Battery Control Unit ») adapté pour superviser les paramètres spécifiques à la batterie 3 en coopération avec des capteurs de courant et tension, tels l’état de charge SOC (« State of Charge »), la tension de circuit ouvert OCV (« Open Circuit Voltage ») exprimée en Volt, le courant de charge exprimé en Ampère, l’état de santé SOH (« State of Health), la tension ou bien encore la température de la batterie.The battery 3 also includes a management computer (designated by the acronym BMS for “Battery Management System” or TBCU for “Traction Battery Control Unit”) adapted to supervise the parameters specific to the battery 3 in cooperation with current sensors and voltage, such as the state of charge SOC (“State of Charge”), the open circuit voltage OCV (“Open Circuit Voltage”) expressed in Volts, the charging current expressed in Amperes, the state of health SOH (“ State of Health), the voltage or even the temperature of the battery.
En outre, un ou plusieurs commutateurs haute tension 5 assurent la déconnexion/connexion de la batterie 3 avec le circuit électrique de puissance du véhicule, le chargeur 9, le boitier de prise 7, la machine électrique de traction, notamment. Les commutateurs haute tension 5 sont des commutateurs de puissance pilotables en ouverture et fermeture par le calculateur de gestion du système de batterie 3 ou par le chargeur 9 pour la connecter et l’isoler des autres systèmes électriques du véhicule. Ces commutateurs sont ouverts en cas d’arrêt d’une recharge de la batterie à partir de la borne, ou en cas de détection d’une situation à risque, notamment en cas de surchauffe de la batterie ou de détection d’un courant de charge/décharge excessif.In addition, one or more high voltage switches 5 ensure the disconnection/connection of the battery 3 with the electrical power circuit of the vehicle, the charger 9, the socket box 7, the electric traction machine, in particular. The high voltage switches 5 are power switches that can be opened and closed by the battery system management computer 3 or by the charger 9 to connect it and isolate it from the other electrical systems of the vehicle. These switches are opened in the event of stopping battery charging from the terminal, or in the event of detection of a risky situation, in particular in the event of overheating of the battery or detection of a current. excessive charge/discharge.
Plus précisément, l’adaptateur 20 selon l’invention permet le transfert d’énergie électrique depuis la batterie de traction 3 vers l’équipement externe 30. L’adaptateur 20 est un dispositif externe au véhicule et est branché sur le boitier de prise de recharge 7 du véhicule. L’adaptateur 20 est amovible, c’est-à-dire qu’il peut être branché ou débranché du boitier de prise de recharge. Il a la fonction d’un accessoire pour un usage ponctuel V2L.More precisely, the adapter 20 according to the invention allows the transfer of electrical energy from the traction battery 3 to the external equipment 30. The adapter 20 is a device external to the vehicle and is connected to the socket box. recharge 7 of the vehicle. Adapter 20 is removable, that is to say it can be plugged or unplugged from the charging socket box. It serves as an accessory for occasional V2L use.
L’équipement externe 30 est un appareil électrique fonctionnant à une tension d’alimentation alternative conformément aux normes électriques connues (110V, 230V ou 240V). L’équipement 30 comporte une fiche électrique 31 reliée par un câble à l’équipement 30 et est branchée à un socle de l’adaptateur 20. On envisage que l’adaptateur 20 puisse être relié à un ou plusieurs équipements électriques ou bien à une installation électrique.The external equipment 30 is an electrical device operating at an alternating supply voltage in accordance with known electrical standards (110V, 230V or 240V). The equipment 30 comprises an electrical plug 31 connected by a cable to the equipment 30 and is connected to a base of the adapter 20. It is envisaged that the adapter 20 can be connected to one or more electrical equipment or to a Electrical Installation.
Afin de garantir la sécurité d’un utilisateur, l’adaptateur 20 comporte des moyens intégrés de détection et diagnostic de défauts électriques et des moyens d’actionnement d’une protection. En particulier, il comporte des moyens de détection d’un défaut d’isolement électrique au niveau d’un équipement externe défectueux 30 lorsque ce dernier est branché à l’adaptateur 20.In order to guarantee the safety of a user, the adapter 20 includes integrated means for detecting and diagnosing electrical faults and means for actuating protection. In particular, it includes means for detecting an electrical insulation fault at the level of defective external equipment 30 when the latter is connected to the adapter 20.
De préférence, on envisage en outre que la fonction de détection d’un défaut d’isolement de l’adaptateur 20 fonctionne de manière autonome, c’est-à-dire sans être branché au boitier de prise de recharge 7 du véhicule. L’adaptateur est apte en outre à signaler ce défaut via un moyen d’interface homme machine, par exemple un signal lumineux, sonore ou bien encore par un écran intégré.Preferably, it is further envisaged that the function of detecting an insulation fault of the adapter 20 operates autonomously, that is to say without being connected to the charging socket box 7 of the vehicle. The adapter is also capable of signaling this fault via a human-machine interface means, for example a light or sound signal or even an integrated screen.
En
L’adaptateur 20 comporte un premier connecteur 201 destiné à son branchement au boitier de prise de recharge du véhicule. Dans cet exemple, le connecteur 201 est de type 2 conforment à la norme EC 62196« Fiches, socles de prise de courant, prises mobiles et socles de connecteurs de véhicule - Charge conductive des véhicules électriques ». D’autres types de connecteurs sont envisageables par exemple de type 1 ou de conception propriétaire d’un constructeur. Le connecteur 201 comporte au moins cinq bornes coopérant avec des connecteurs du boitier de prise de recharge du véhicule. De préférence, l’adaptateur 20 est destiné à fournir une alimentation alternative monophasée à un utilisateur du véhicule.The adapter 20 includes a first connector 201 intended for its connection to the vehicle's charging socket box. In this example, the connector 201 is type 2 compliant with standard EC 62196 “Plugs, socket bases, mobile sockets and vehicle connector bases - Conductive charging of electric vehicles” . Other types of connectors are possible, for example type 1 or a manufacturer's proprietary design. The connector 201 comprises at least five terminals cooperating with connectors of the vehicle charging socket box. Preferably, the adapter 20 is intended to provide single-phase alternating power to a user of the vehicle.
Conformément à ce type d’alimentation pour les applications de recharge électrique de véhicule automobile, le connecteur 201 comporte trois bornes électriques formant une ligne d’alimentation monophasée 220 comprenant une ligne de phase 207, une ligne neutre 209 et une ligne de terre 208. Lorsque l’adaptateur 20 est branché au véhicule, la ligne d’alimentation 220 et la ligne d’alimentation interne du véhicule reliant le boitier de recharge et la batterie forment une même ligne d’alimentation. En référence à la
Le connecteur 201 comporte en outre deux broches de signaux de contrôle 210 et 211 pour un usage de signalisation entre le véhicule et l’adaptateur. Ces signaux sont conformes à la norme IEC 61851-1« Système de charge conductive pour véhicules électriques ». Le signal 210 correspond au signal de proximité dit signal PP (« Proximity Pilot »). Une résistance 212 est prévue pour signaler le niveau de courant de décharge maximum acceptable par l’adaptateur. Le signal 211 correspond au signal de contrôle dit signal CP (« Control Pilot »). Dans le cadre de l’invention, le signal 211 est utilisé pour communiquer au chargeur embarqué du véhicule le niveau de courant de décharge accepté par l’adapteur 20. Ce signal CP est utilisé pour stopper la décharge en cas de détection d’un défaut d’isolement et ouvrir un commutateur de la ligne d’alimentation. Eventuellement, le signal CP est utilisé pour signaler au véhicule un défaut d’isolement détecté par l’adaptateur 20. Par exemple, le niveau de tension du signal CP varie entre -12Volts et +12Volts conformément à la norme IEC 61851-1.The connector 201 further includes two control signal pins 210 and 211 for signaling use between the vehicle and the adapter. These signals comply with the IEC 61851-1 “Conductive charging system for electric vehicles” standard. Signal 210 corresponds to the proximity signal called PP signal (“Proximity Pilot”). A resistor 212 is provided to signal the maximum discharge current level acceptable to the adapter. Signal 211 corresponds to the control signal called CP signal (“Control Pilot”). In the context of the invention, the signal 211 is used to communicate to the vehicle's on-board charger the level of discharge current accepted by the adapter 20. This signal CP is used to stop the discharge in the event of detection of a fault insulation and open a power line switch. Optionally, the CP signal is used to signal to the vehicle an insulation fault detected by the adapter 20. For example, the voltage level of the CP signal varies between -12Volts and +12Volts in accordance with the IEC 61851-1 standard.
L’adaptateur 20 comporte un deuxième connecteur 202 destiné au branchement de l’équipement externe. Dans cet exemple, le connecteur 202 est un socle électrique fonctionnant en tension alternative monophasée. Il comporte trois bornes reliées électriquement à la ligne de phase 207, la ligne neutre 209 et la ligne terre 208. De préférence, le connecteur 202 comporte un moyen de mesure de la température au niveau du socle et un signal 215 représentatif de la température interne du socle 202. Ce signal 215 est utilisé à des fins de diagnostic de température.The adapter 20 includes a second connector 202 intended for connecting external equipment. In this example, connector 202 is an electrical base operating in single-phase alternating voltage. It has three terminals electrically connected to the phase line 207, the neutral line 209 and the earth line 208. Preferably, the connector 202 comprises a means of measuring the temperature at the level of the base and a signal 215 representative of the internal temperature of the base 202. This signal 215 is used for temperature diagnostic purposes.
L’adaptateur 20 comporte en outre un premier module 203 de détection et de diagnostic d’un défaut d’isolement dans la ligne d’alimentation 220 de l’adaptateur 20 formée par les lignes 207, 208 et 209. Ce module 203 est un composant électronique à circuits intégrés exécutant la fonction de détection et de diagnostic d’un défaut d’isolement d’un équipement alimenté par l’adaptateur. Dans cet exemple, le module 203 est connecté électriquement à la ligne de phase 207 et la ligne terre 208 pour surveiller la résistance d’isolement d’un équipement électronique connecté à l’adaptateur 20. Le module 203 exécute un diagnostic de défaut d’isolement d’un équipement externe et en cas de détection d’une anomalie émet un signal d’alerte. Ce type de module est communément désigné par l’acronyme IMD pour « Insulation Monitoring Device » en langage anglophone.The adapter 20 further comprises a first module 203 for detecting and diagnosing an insulation fault in the power supply line 220 of the adapter 20 formed by lines 207, 208 and 209. This module 203 is a electronic component with integrated circuits performing the function of detecting and diagnosing an insulation fault in equipment powered by the adapter. In this example, the module 203 is electrically connected to the phase line 207 and the ground line 208 to monitor the insulation resistance of electronic equipment connected to the adapter 20. The module 203 executes a fault diagnosis of isolation of external equipment and in the event of detection of an anomaly emits an alert signal. This type of module is commonly referred to by the acronym IMD for “Insulation Monitoring Device” in English.
Le module 203 présente l’avantage de permettre la détection d’un défaut d’isolement hors branchement électrique au véhicule, c’est-à-dire avant le branchement de l’adaptateur au boitier de prise du véhicule. Cela améliore la sécurité pour l’utilisateur. Pour son usage, il est d’ailleurs préconisé de connecter tout d’abord l’équipement externe à l’adaptateur 20 puis d’activer l’alimentation par le véhicule.Module 203 has the advantage of allowing the detection of an insulation fault outside of the electrical connection to the vehicle, that is to say before connecting the adapter to the vehicle socket box. This improves security for the user. For its use, it is also recommended to first connect the external equipment to adapter 20 then activate the power supply from the vehicle.
Le module 203 comporte un premier signal de sortie 217 relié électriquement à un deuxième module de commande intégré 206 de l’adaptateur 20. Le signal de sortie 217 signale au deuxième module de commande 206 si un défaut d’isolement a été détecté ou non. Le signal 217 est par exemple un signal binaire qui dans un premier état signale l’absence de défaut d’isolement et dans un deuxième état signale la détection d’un défaut d’isolement.The module 203 includes a first output signal 217 electrically connected to a second integrated control module 206 of the adapter 20. The output signal 217 signals to the second control module 206 whether or not an insulation fault has been detected. Signal 217 is for example a binary signal which in a first state signals the absence of an insulation fault and in a second state signals the detection of an insulation fault.
Le module 203 comporte un deuxième signal de sortie 221 connecté électriquement au signal CP 211 de l’adaptateur. Le signal 221 pilote une tension sur le signal CP 211. Le signal 221 peut être utilisé pour commander l’arrêt de l’opération V2L directement depuis le module 203 vers le véhicule ou vers un commutateur de la ligne d’alimentation de manière à ouvrir un commutateur électrique en cas de détection d’un défaut d’isolement. Le signal 221 est un signal binaire ou un signal à modulation de largeur d’impulsion dont le niveau et la fréquence sont pilotés pour commander l’ouverture d’un commutateur à travers le signal CP 211.The module 203 includes a second output signal 221 electrically connected to the CP signal 211 of the adapter. Signal 221 drives a voltage on CP signal 211. Signal 221 can be used to command the stopping of V2L operation directly from module 203 to the vehicle or to a switch on the power line so as to open an electrical switch in the event of detection of an insulation fault. Signal 221 is a binary signal or a pulse width modulated signal whose level and frequency are controlled to control the opening of a switch through signal CP 211.
Le module de commande 206 est un microcontrôleur électronique en charge de superviser les composants intégrés de l’adaptateur 20. Il a notamment la fonction de collecter une valeur de température 215 du socle 202, une valeur de courant 216 traversant la ligne de phase 207 et la détection d’un défaut d’isolement 217. Le module 206 a pour fonction en outre de signaler à l’utilisateur une situation d’une anomalie de surchauffe, de courant excessif ou de défaut d’isolement en pilotant un moyen d’interface homme machine (IHM) 204. Dans cet exemple, il s’agit d’une LED « Light Emitting Device » pouvant prendre un premier état allumé vert, un deuxième état allumé rouge en cas de détection d’un défaut, ou un troisième état éteint, en fonction de l’état d’un signal 219 en sortie du module 206. L’état du signal 219 dépend des signaux 215, 216, 217 et 218. Le moyen 204 peut être tout type de moyen IHM, par exemple de type sonore et/ou visuel, comme un écran.The control module 206 is an electronic microcontroller responsible for supervising the integrated components of the adapter 20. It has in particular the function of collecting a temperature value 215 from the base 202, a current value 216 crossing the phase line 207 and the detection of an insulation fault 217. The module 206 also has the function of signaling to the user a situation of an anomaly of overheating, excessive current or insulation fault by controlling an interface means man machine (HMI) 204. In this example, it is a “Light Emitting Device” LED which can take a first green lit state, a second red lit state in the event of detection of a fault, or a third state off, depending on the state of a signal 219 at the output of the module 206. The state of the signal 219 depends on the signals 215, 216, 217 and 218. The means 204 can be any type of HMI means, for example sound and/or visual type, such as a screen.
L’adaptateur 20 comporte un moyen d’actionnement 213, dans cet exemple un bouton, qui émet le signal d’état 218 vers le module 206. Le bouton permet d’activer/désactiver l’alimentation électrique fournie par l’adaptateur 20, c’est-à-dire le transfert d’énergie V2L depuis le véhicule vers l’équipement externe, une fois que ce dernier est branché au boitier de prise du véhicule.The adapter 20 comprises an actuation means 213, in this example a button, which transmits the status signal 218 to the module 206. The button makes it possible to activate/deactivate the electrical power supplied by the adapter 20, that is to say the transfer of V2L energy from the vehicle to the external equipment, once the latter is connected to the vehicle's socket box.
Plus précisément, le module 206 est apte à activer la fonction de transfert d’énergie V2L à travers le signal de contrôle CP 211 par l’intermédiaire d’une batterie intégrée 205. Similairement au protocole de communication connu entre une borne de recharge et un véhicule, ou un câble de recharge et le véhicule, le pilotage en modulation de largeur d’impulsion par le signal de contrôle CP 211 permet de réveiller le véhicule.More precisely, the module 206 is capable of activating the V2L energy transfer function through the control signal CP 211 via an integrated battery 205. Similar to the known communication protocol between a charging station and a vehicle, or a charging cable and the vehicle, control in pulse width modulation by the control signal CP 211 makes it possible to wake up the vehicle.
Les modules électroniques 203 et/ou 206 sont en communication avec le chargeur du véhicule à travers les signaux 210 et 211. Ces communications permettent d’activer/désactiver la décharge V2L et de commander l’ouverture d’un commutateur de la ligne d’alimentation du véhicule pour déconnecter la batterie de traction et le boitier de prise de recharge en cas de détection d’un défaut d’isolement dans la ligne d’alimentation.The electronic modules 203 and/or 206 are in communication with the vehicle charger through the signals 210 and 211. These communications make it possible to activate/deactivate the V2L discharge and to control the opening of a switch on the power line. vehicle power supply to disconnect the traction battery and the charging socket box in the event of detection of an insulation fault in the power line.
Plus précisément, le module 203, ou le module 206, est configuré pour, en cas de détection d’un défaut d’isolement, piloter le signal CP 211 en modulation de largeur d’impulsion pour stopper le transfert d’énergie depuis le véhicule vers l’adaptateur 20. La commande d’arrêt de transfert provoque l’ouverture d’un commutateur électrique de la ligne d’alimentation du véhicule.More precisely, the module 203, or the module 206, is configured to, in the event of detection of an insulation fault, control the signal CP 211 in pulse width modulation to stop the transfer of energy from the vehicle to the adapter 20. The transfer stop command causes the opening of an electrical switch on the vehicle's power line.
La batterie intégrée 205 alimente électriquement le module 203, le module 206 et la LED 204. En outre, la batterie intégrée 205 comporte une sortie connectée au signal de commande 211 CP. La batterie intégrée 205 assure l’opération des modules 203 et 206 même quand l’adaptateur 20 n’est pas branché au boitier de prise de recharge du véhicule. Cela permet de détecter un défaut d’isolement dès le branchement d’un équipement électrique externe, préalablement au branchement de l’adaptateur 20 au véhicule électrique. On améliore ainsi la sécurité électrique pour l’utilisateur.The integrated battery 205 electrically powers the module 203, the module 206 and the LED 204. In addition, the integrated battery 205 has an output connected to the control signal 211 CP. The integrated battery 205 ensures the operation of the modules 203 and 206 even when the adapter 20 is not connected to the vehicle charging socket box. This makes it possible to detect an insulation fault as soon as external electrical equipment is connected, prior to connecting the adapter 20 to the electric vehicle. This improves electrical safety for the user.
En outre, la batterie intégrée 205 fournit la tension nécessaire pour le pilotage du signal de contrôle 211 CP lors de la décharge, notamment pour piloter la tension de contrôle communicant au véhicule le courant de décharge maximal accepté et la commande de coupure de la décharge en cas de détection d’un défaut d’isolement ou lors de l’arrêt commandé au moyen du bouton d’actionnement 213.In addition, the integrated battery 205 provides the voltage necessary for controlling the control signal 211 CP during discharge, in particular to control the control voltage communicating to the vehicle the maximum discharge current accepted and the command to cut off the discharge in case of detection of an insulation fault or during stopping controlled by means of the actuation button 213.
L’adaptateur comporte en outre un fusible 214 sur la ligne de phase 207 reliant électriquement le connecteur 201 et le connecteur 202. Le fusible assure la coupure de la ligne d’alimentation en cas de dépassement d’un niveau de courant.The adapter also includes a fuse 214 on the phase line 207 electrically connecting the connector 201 and the connector 202. The fuse ensures the cutting of the power line in the event of a current level being exceeded.
En variante (non représentée sur la
Il est prévu en outre un procédé de protection contre les défauts d’isolement d’un équipement électrique externe pour un adaptateur branchable à un boitier de prise de recharge de la batterie de traction d’un véhicule électrifié. Le module électronique de détection et diagnostic IMD 203 de l’adapteur est muni d’un calculateur à circuits intégrés et de mémoires électroniques configurés pour exécuter le procédé de protection selon l’invention. Mais cela n’est pas obligatoire. Le module électronique 203, selon l’invention, peut être réalisé sous la forme de modules logiciels (ou informatiques (ou encore « software »)), ou bien de circuits électroniques (ou « hardware »), ou encore d’une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels.There is also provided a method of protection against insulation faults of external electrical equipment for an adapter pluggable to a charging socket box of the traction battery of an electrified vehicle. The IMD 203 electronic detection and diagnostic module of the adapter is equipped with an integrated circuit calculator and electronic memories configured to execute the protection method according to the invention. But this is not obligatory. The electronic module 203, according to the invention, can be produced in the form of software modules (or computer modules (or "software")), or electronic circuits (or "hardware"), or even a combination of electronic circuits and software modules.
Le procédé de protection peut être mis en œuvre dès le branchement de l’équipement électrique externe à l’adaptateur, avant le branchement de l’adaptateur au véhicule ou avant l’activation de l’opération V2L. Le procédé s’exécute en permanence durant l’usage de l’adaptateur lorsqu’il est branché au véhicule.The protection process can be implemented as soon as the external electrical equipment is connected to the adapter, before the adapter is connected to the vehicle or before the V2L operation is activated. The process runs continuously during use of the adapter when it is connected to the vehicle.
Une fois que l’utilisateur active l’adaptateur, le module IMD 203 exécute la surveillance d’un défaut d’isolement de l’équipement externe qui branché à l’adaptateur. Le module IMD détermine, oui ou non, s’il existe un défaut d’isolement sur la ligne d’alimentation. Le module IMD 203 de l’adaptateur 20 commande l’ouverture d’un commutateur électrique en cas de détection d’un défaut d’isolement et signale à l’utilisateur l’occurrence d’un défaut d’isolement, via la LED intégrée par exemple, ou éventuellement via l’IHM du véhicule.Once the user activates the adapter, the IMD 203 module performs insulation fault monitoring of the external equipment connected to the adapter. The IMD module determines, yes or no, whether there is an insulation fault on the power line. The IMD 203 module of the adapter 20 controls the opening of an electrical switch in the event of detection of an insulation fault and signals to the user the occurrence of an insulation fault, via the integrated LED for example, or possibly via the vehicle's HMI.
Dans un premier cas, lorsque l’adaptateur est branché au véhicule, le module IMD 203 génère la consigne de commande d’ouverture d’un commutateur à destination du véhicule. La consigne est transmise à travers le boitier de prise de recharge, via le signal CP. La consigne est dans cet exemple un signal piloté, en modulation de largeur d’impulsion selon un niveau de tension et une fréquence prédéterminés, interprétable par le chargeur du véhicule pour arrêter le transfert d’énergie V2L et ouvrir un commutateur de la ligne d’alimentation, en particulier un commutateur reliant électriquement la batterie de traction au boitier de prise de recharge. Le commutateur est par exemple le relais du système de batterie reliant la batterie et le chargeur. Le relais peut être un relais du boitier de prise de recharge ou bien encore un relais du chargeur.In a first case, when the adapter is connected to the vehicle, the IMD 203 module generates the command instruction for opening a switch intended for the vehicle. The instruction is transmitted through the charging socket box, via the CP signal. The setpoint is in this example a controlled signal, in pulse width modulation according to a predetermined voltage level and frequency, interpretable by the vehicle charger to stop the V2L energy transfer and open a switch on the power line. power supply, in particular a switch electrically connecting the traction battery to the charging socket box. The switch is for example the relay of the battery system connecting the battery and the charger. The relay can be a relay from the charging socket box or even a relay from the charger.
Dans un deuxième cas, le module IMD ouvre un commutateur intégré pour isoler l’adaptateur de la batterie de traction. Selon le procédé de protection, le procédé comporte la génération d’une consigne de commande d’ouverture d’un commutateur intégré de l’adaptateur, l’ouverture du commutateur intégré et enfin la signalisation d’un défaut d’isolement de la première ligne d’alimentation, via la LED intégrée. Le signal de commande d’ouverture peut être un signal binaire.In a second case, the IMD module opens an integrated switch to isolate the adapter from the traction battery. According to the protection method, the method includes the generation of a command instruction for opening an integrated switch of the adapter, the opening of the integrated switch and finally the signaling of an insulation fault of the first power line, via the integrated LED. The opening control signal can be a binary signal.
L’adaptateur selon l’invention s’applique à tout type de véhicule électrifié rechargeable comprenant une batterie de traction, une machine électrique de traction, un chargeur intégré et une prise de recharge. Elle s’applique dans le cadre d’applications V2L, VHL ou VBL.The adapter according to the invention applies to any type of rechargeable electrified vehicle comprising a traction battery, an electric traction machine, an integrated charger and a charging socket. It applies in the context of V2L, VHL or VBL applications.
Claims (10)
- un premier connecteur électrique (201) destiné à être branché au boitier de prise de recharge (7),
- un deuxième connecteur électrique (202) destiné à l’alimentation électrique dudit équipement externe (30),
- une première ligne d’alimentation d’énergie (220) reliant électriquement le premier et le deuxième connecteur (201, 202),
- caractérisé en ce qu’il comporte en outre un moyen de détection (203) d’un défaut d’isolement de l’équipement externe lorsqu’il est branché au deuxième connecteur et un premier moyen de commande (206) d’un commutateur électrique de la ligne d’alimentation (220) en fonction de la détection.
- a first electrical connector (201) intended to be connected to the charging socket box (7),
- a second electrical connector (202) intended for the power supply of said external equipment (30),
- a first power supply line (220) electrically connecting the first and the second connector (201, 202),
- characterized in that it further comprises means for detecting (203) an insulation fault in the external equipment when it is connected to the second connector and a first means for controlling (206) an electrical switch of the power line (220) depending on the detection.
- la surveillance d’un défaut d’isolement de l’équipement externe (30) branché à la première ligne d’alimentation électrique (220) mise en œuvre par l’adaptateur (20),
- la commande de l’ouverture d’un commutateur électrique (5 ;214) en cas de détection d’un défaut d’isolement.
- monitoring an insulation fault of the external equipment (30) connected to the first power supply line (220) implemented by the adapter (20),
- controlling the opening of an electrical switch (5; 214) in the event of detection of an insulation fault.
- la génération d’une consigne de commande à destination du véhicule, la consigne étant un signal (211) piloté en modulation de largeur d’impulsion selon un niveau de tension et une fréquence prédéterminés interprétable par le véhicule pour l’ouverture d’un commutateur (5),
- la transmission de la dite consigne à travers le boitier de prise de recharge (7),
- l’ouverture d’un commutateur électrique (5) du véhicule pour la déconnexion du boitier (7) avec la batterie (3).
- generating a control instruction intended for the vehicle, the instruction being a signal (211) controlled in pulse width modulation according to a predetermined voltage level and frequency interpretable by the vehicle for opening a switch (5),
- the transmission of said instruction through the charging socket box (7),
- opening an electrical switch (5) of the vehicle for disconnecting the box (7) with the battery (3).
- la génération d’une consigne de commande d’ouverture du premier commutateur (214) intégré de l’adaptateur (20),
- l’ouverture du premier commutateur (214),
- la signalisation d’un défaut d’isolement de la première ligne d’alimentation (220).
- generating an opening control instruction for the first switch (214) integrated into the adapter (20),
- the opening of the first switch (214),
- signaling an insulation fault of the first power supply line (220).
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|---|---|---|---|
| FR2206061A FR3136904A1 (en) | 2022-06-21 | 2022-06-21 | POWER SUPPLY ADAPTER CONNECTED TO A CHARGING BOX OF AN ELECTRIFIED VEHICLE |
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| FR2206061A FR3136904A1 (en) | 2022-06-21 | 2022-06-21 | POWER SUPPLY ADAPTER CONNECTED TO A CHARGING BOX OF AN ELECTRIFIED VEHICLE |
| FR2206061 | 2022-06-21 |
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