FR3133797A1 - ON-BOARD CHARGER MODULE FOR VEHICLE, SECURE AGAINST RISKS OF ELECTRIC SHOCK, METHOD AND VEHICLE BASED ON SUCH A MODULE - Google Patents

ON-BOARD CHARGER MODULE FOR VEHICLE, SECURE AGAINST RISKS OF ELECTRIC SHOCK, METHOD AND VEHICLE BASED ON SUCH A MODULE Download PDF

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Abstract

L’invention concerne un module de chargeur (OBCDC) pour batterie (MP, PB) de véhicule automobile, via un circuit à haute tension (HV) connecté à un connecteur de prise de recharge (ST), comprenant :- un chargeur embarqué (OBC) ;- une unité de contrôle de charge,caractérisé par- un moyen pour déterminer si un courant de recharge dépasse un seuil de courant ; et dans l’affirmative, déterminer si une tension du courant de recharge est inférieure à un seuil de tension pendant une durée supérieure ou égale à un seuil de durée ; et dans l’affirmative conclure à un défaut d’isolation ;- un moyen pour arrêter la recharge en cas de défaut d’isolation ; et- un moyen pour isoler électriquement ledit module dudit circuit en cas de défaut d’isolation. L’invention concerne aussi un procédé et un programme sur cette base. Fig. 1The invention relates to a charger module (OBCDC) for a motor vehicle battery (MP, PB), via a high voltage circuit (HV) connected to a charging socket connector (ST), comprising: - an on-board charger ( OBC);- a charge control unit, characterized by- means for determining whether a charging current exceeds a current threshold; and if so, determining whether a voltage of the charging current is less than a voltage threshold for a duration greater than or equal to a duration threshold; and if so, conclude that there is an insulation fault; - a means to stop recharging in the event of an insulation fault; and- means for electrically isolating said module from said circuit in the event of an insulation fault. The invention also relates to a method and a program based on this. Fig. 1

Description

MODULE DE CHARGEUR EMBARQUE POUR VEHICULE, SECURISE VIS-A-VIS DE RISQUES D’ELECTROCUTION, PROCEDE ET VEHICULE SUR LA BASE D’UN TEL MODULEON-BOARD CHARGER MODULE FOR VEHICLE, SECURE AGAINST RISKS OF ELECTRIC SHOCK, METHOD AND VEHICLE BASED ON SUCH A MODULE

L’invention se rapporte au domaine de la sécurisation des véhicules automobiles vis-à-vis de risques électriques, et plus particulièrement la protection des occupants et des passagers contre le risque de l’électrocution et d’incendie du véhicule lors des opérations de recharge.The invention relates to the field of securing motor vehicles with regard to electrical risks, and more particularly the protection of occupants and passengers against the risk of electrocution and fire of the vehicle during recharging operations. .

Actuellement, c’est le contrôleur de la batterie de traction (ou le système de gestion de batterie – BMS pour « battery management system » en langue anglaise), qui est responsable de la surveillance du bon niveau de l’isolation du circuit à haute tension (par abréviation circuit HV – pour « high voltage » en langue anglaise), car c’est la batterie qui fournit le courant au circuit à haute tension du véhicule la majorité du temps.Currently, it is the traction battery controller (or the battery management system – BMS for “battery management system” in English), which is responsible for monitoring the correct level of circuit insulation at high voltage (by abbreviation HV circuit – for “high voltage” in English), because it is the battery which supplies current to the vehicle's high voltage circuit the majority of the time.

Pourtant, il existe une zone de risque que le système de gestion de batterie peut ne pas voir, en début de charge en mode 2 (à savoir une charge sur une prise de courant) ou en mode 3 (à savoir une charge sur une borne de recharge), le système de gestion de batterie ne sait pas exactement quand le module de chargeur (généralement appelé OBCDC comportant un chargeur embarqué et un convertisseur DC/DC) commence l’envoi de courant et un défaut de court-circuit peut être interne au module de chargeur.However, there is an area of risk that the battery management system may not see, at the start of charging in mode 2 (i.e. charging on a power outlet) or mode 3 (i.e. charging on a terminal charging), the battery management system does not know exactly when the charger module (usually called OBCDC comprising an on-board charger and a DC/DC converter) starts sending current and a short circuit fault may be internal to the charger module.

Un objectif de la présente invention est de proposer une solution pour mieux détecter des défauts électriques notamment lors de recharges en mode 2 ou 3.An objective of the present invention is to propose a solution for better detecting electrical faults, particularly during recharging in mode 2 or 3.

Le but est d’éviter que le courant de recharge envoyé par le chargeur embarqué (généralement appelé OBC – pour « on board charger » en langue anglaise) lors de l’opération de recharge en mode 2 ou en mode 3, ne parte pas à la batterie de recharge, mais parte dans la structure du véhicule et risque d’électrocuter les utilisateurs du véhicule ou un passant lors des opérations de recharge, voir crée un incendie du véhicule.The aim is to prevent the charging current sent by the on-board charger (generally called OBC – for “on board charger” in English) during the charging operation in mode 2 or mode 3, from leaving the charging battery, but leaves in the structure of the vehicle and risks electrocuting the users of the vehicle or a passerby during charging operations, or even creates a vehicle fire.

Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un module de chargeur pour un pack batterie de véhicule automobile, le pack batterie comprenant des modules de puissance d’une batterie dans un circuit à haute tension connecté à un connecteur de prise de recharge et à une machine électrique de traction,
le module de chargeur étant connecté au circuit à haute tension pour permettre une transmission d’un courant de recharge issu du connecteur de prise de recharge vers les modules de puissance du pack batterie,
le module de chargeur comprenant :
- un chargeur embarqué ;
- une unité de contrôle de charge connectée au chargeur embarqué,
- un moyen pour transmettre le courant de recharge en sortie du module de chargeur vers les modules de puissance ;
caractérisé en ce que le module de chargeur comprend en outre :
- un moyen de détection de défaut d’isolation pour déterminer si le courant de recharge dépasse un seuil de courant ; et dans l’affirmative, déterminer si une tension du courant de recharge est inférieure à un seuil de tension pendant une durée supérieure ou égale à un seuil de durée ; et dans l’affirmative conclure à un défaut d’isolation ;
- un moyen d’arrêt de recharge pour arrêter la procédure de recharge en cas de défaut d’isolation ; et
- un moyen d’isolation électrique pour isoler électriquement le module de chargeur du circuit à haute tension en cas de défaut d’isolationTo achieve this objective, the invention proposes a charger module for a motor vehicle battery pack, the battery pack comprising power modules of a battery in a high voltage circuit connected to a charging socket connector and to a electric traction machine,
the charger module being connected to the high voltage circuit to allow transmission of a charging current coming from the charging socket connector to the power modules of the battery pack,
the charger module comprising:
- an on-board charger;
- a charge control unit connected to the on-board charger,
- a means for transmitting the charging current at the output of the charger module to the power modules;
characterized in that the charger module further comprises:
- an insulation fault detection means to determine if the charging current exceeds a current threshold; and if so, determining whether a voltage of the charging current is lower than a voltage threshold for a duration greater than or equal to a duration threshold; and if so conclude that there is an insulation defect;
- a charging stop means to stop the charging procedure in the event of an insulation fault; And
- an electrical insulation means for electrically isolating the charger module from the high voltage circuit in the event of an insulation fault

Cette invention consiste notamment à surveiller l’isolation du circuit à haute tension par le module de chargeur lors des recharges en mode 2 et en mode 3, et à stopper l’opération de recharge immédiatement si le chargeur embarqué détecte un défaut d’isolation, c’est-à-dire quand le module de chargeur détecte une résistance du circuit en sortie de chargeur trop faible.This invention consists in particular of monitoring the insulation of the high voltage circuit by the charger module during recharges in mode 2 and mode 3, and of stopping the recharge operation immediately if the on-board charger detects an insulation fault, that is to say when the charger module detects too low resistance of the circuit at the charger output.

Ainsi, l’invention permet de réaliser une surveillance de la part du module de chargeur, de l’isolation du courant à haute tension durant les charges en modes 2 et 3, c’est-à-dire quand le module de chargeur envoie du courant dans le circuit à haute tension pour recharger la batterie de traction, sans pour autant compter sur le système de gestion de batterie pour couvrir le début de charge en mode 2 et en mode 3.Thus, the invention makes it possible to carry out monitoring, on the part of the charger module, of the isolation of the high voltage current during charging in modes 2 and 3, that is to say when the charger module sends current in the high voltage circuit to recharge the traction battery, without relying on the battery management system to cover the start of charging in mode 2 and mode 3.

L’invention permet en particulier de créer une surveillance de l’isolation du circuit à haute tension en sortie du chargeur embarqué ; et sous un certain seuil d’isolation, on met en stand-by la recharge en mode 2 ou en mode 3, et le chargeur embarqué commande l’ouverture de ses Mosfets (transistors à effet de champ à grille isolée, couramment nommés ainsi pour « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » en langue anglaise) pour protéger les utilisateurs ou les passants du risque d’électrocution, et l’intégrité du véhicule vis-à-vis du risque d’incendie.The invention makes it possible in particular to create monitoring of the insulation of the high voltage circuit at the output of the on-board charger; and under a certain insulation threshold, charging is put on stand-by in mode 2 or mode 3, and the on-board charger commands the opening of its Mosfets (insulated gate field effect transistors, commonly named thus for “Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor” in English) to protect users or passers-by from the risk of electrocution, and the integrity of the vehicle from the risk of fire.

Selon une variante, le module de chargeur comprend en outre des transistors à effet de champ à grille isolée dans sa connexion au circuit à haute tension HV, et le moyen d’isolation électrique est configuré pour désactiver lesdits transistors. Cela permet d’isoler rapidement et efficacement le module de chargeur du circuit à haute tension.According to a variant, the charger module further comprises insulated gate field effect transistors in its connection to the high voltage HV circuit, and the electrical isolation means is configured to deactivate said transistors. This quickly and effectively isolates the charger module from the high voltage circuit.

Selon une variante, le module de chargeur est caractérisé en ce que
- le seuil de courant est calibré entre 2A et 6A, de préférence à 4A ;
- le seuil de tension est calibré entre 55V et 65V, de préférence à 60V ; et
- le seuil de durée, est calibré entre 5ms et 100ms, de préférence à 10msAccording to a variant, the charger module is characterized in that
- the current threshold is calibrated between 2A and 6A, preferably at 4A;
- the voltage threshold is calibrated between 55V and 65V, preferably at 60V; And
- the duration threshold is calibrated between 5ms and 100ms, preferably 10ms

Cela permet d’avoir une mise en œuvre optimale.This allows for optimal implementation.

Selon une variante, le module de chargeur comprend un moyen pour enregistrer un code défaut en cas de défaut d’isolation. Cela permet de signaler cette information aux services de contrôle.According to one variant, the charger module includes means for recording a fault code in the event of an insulation fault. This makes it possible to report this information to the control services.

Selon une variante, le moyen d’isolation électrique est configuré pour reconnecter le module de chargeur au circuit à haute tension après un temps de rétablissement suivant la conclusion de défaut d’isolation, et le moyen d’arrêt de recharge est configuré pour rétablir ensuite la procédure de recharge. Cela permet d’optimiser la relance de charge suite à un arrêt de charge.According to a variant, the electrical isolation means is configured to reconnect the charger module to the high voltage circuit after a recovery time following the conclusion of an insulation fault, and the charging stop means is configured to then restore the charging procedure. This makes it possible to optimize charging restart following a charging stop.

Selon une variante, le module de chargeur comprend un compteur de relances de recharge pour compter un nombre de relances de recharge depuis la connexion du connecteur de prise de recharge à une source de recharge, le moyen d’arrêt de recharge étant configuré pour arrêter la recharge jusqu’à la déconnexion du connecteur de prise de recharge après un seuil de nombre de relances.According to a variant, the charger module comprises a recharge restart counter for counting a number of recharge restarts since the connection of the recharge socket connector to a recharge source, the recharge stop means being configured to stop the charging recharge until the charging socket connector is disconnected after a threshold number of restarts.

Selon une variante, le module de chargeur est caractérisé en ce que :
- le temps de rétablissement est calibré entre 1s et 10s, de préférence à 5s ; et
- le seuil de nombre de relances est calibré entre 10 et 60, de préférence à 40.According to one variant, the charger module is characterized in that:
- the recovery time is calibrated between 1s and 10s, preferably 5s; And
- the threshold number of reminders is calibrated between 10 and 60, preferably 40.

Cela permet d’avoir une mise en œuvre optimale.This allows for optimal implementation.

L’invention concerne en outre un véhicule automobile comprenant un module de chargeur selon l’invention.The invention further relates to a motor vehicle comprising a charger module according to the invention.

L’invention a également trait à un procédé de détection d’isolation au moyen d’un module de chargeur selon l’invention, caractérisé par les étapes suivantes :
- déterminer si le courant de recharge dépasse un seuil de courant,
- dans l’affirmative, déterminer si une tension du courant de recharge est inférieure à un seuil de tension pendant une durée supérieure ou égale à un seuil de durée,
- dans l’affirmative conclure à un défaut d’isolation ;
- arrêter la procédure de recharge en cas de défaut d’isolation ; et
- isoler électriquement le module de chargeur du circuit à haute tension en cas de défaut d’isolation.The invention also relates to an insulation detection method using a charger module according to the invention, characterized by the following steps:
- determine if the charging current exceeds a current threshold,
- if so, determine whether a voltage of the charging current is lower than a voltage threshold for a duration greater than or equal to a duration threshold,
- if so, conclude that there is an insulation defect;
- stop the recharging procedure in the event of an insulation fault; And
- electrically isolate the charger module from the high voltage circuit in the event of an insulation fault.

Un autre objet de l’invention concerne un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de détection d’isolation selon l’invention, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.Another object of the invention relates to a computer program comprising program code instructions for executing the steps of the insulation detection method according to the invention, when said program operates on a computer.

L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l’invention, dans lesquelles :
- illustre schématiquement un circuit à haute tension de véhicule convenant à l’invention ; et
- illustre schématiquement les principales étapes du procédé selon l’invention.The invention will be further detailed by the description of non-limiting embodiments, and on the basis of the appended figures illustrating variants of the invention, in which:
- schematically illustrates a vehicle high voltage circuit suitable for the invention; And
- schematically illustrates the main stages of the process according to the invention.

Le but de l’invention est à la fois :
- de protéger l’intégrité du véhicule vis-à-vis du risque d’incendie pendant les recharges en mode 2 et en mode 3, par le module de chargeur OBCDC ;
- de prévenir les services de contrôle d’une défaillance de l’isolation du circuit à haute tension ou du module de chargeur OBCDC ;
- et surtout d’éviter l’électrocution des utilisateurs ou des passants lors des opérations de recharges en mode 2 et en mode 3.The aim of the invention is both:
- to protect the integrity of the vehicle against the risk of fire during recharging in mode 2 and mode 3, by the OBCDC charger module;
- to notify the inspection services of a failure of the insulation of the high voltage circuit or the OBCDC charger module;
- and above all to avoid electrocution of users or passers-by during charging operations in mode 2 and mode 3.

Une définition d’une charge dite « normale » peut être la suivante :A definition of a so-called “normal” load can be as follows:

Plus l’utilisateur utilise son véhicule, plus le niveau d’état de charge de la batterie de traction diminue et donc l’autonomie du véhicule diminue.The more the user uses their vehicle, the more the state of charge of the traction battery decreases and therefore the autonomy of the vehicle decreases.

À tout moment, l’utilisateur peut mettre son véhicule à recharger. Pour cela, il suffit qu’il trouve une prise de courant (ce que l’on appelle une charge en mode 2) ou une borne de recharge (ce que l’on appelle une charge en mode 3 ou 4), qu’il branche la prise de recharge sur le socle de prise de recharge ST du véhicule, et qu’il lance la charge au niveau de la borne (si la borne le nécessite).At any time, the user can start their vehicle to recharge. To do this, he simply needs to find a power outlet (what we call mode 2 charging) or a charging station (what we call mode 3 or 4 charging), which he plug the charging socket into the vehicle's ST charging socket base, and start charging at the terminal (if the terminal requires it).

Ainsi, la recharge de la batterie de traction se lance.Thus, recharging of the traction battery begins.

Une définition de l’état de charge peut être la suivante :A definition of the state of charge can be as follows:

L’état de charge d’une batterie (par abréviation SOC pour « state of charge » en langue anglaise) représente le niveau de charge de la batterie. Son unité est le pourcentage. Quand l’état de charge est à 100%, la batterie est dite complétement chargée ; et quand l’état de charge est à 0%, la batterie est dite complétement déchargée.The state of charge of a battery (by abbreviation SOC for “state of charge” in English) represents the charge level of the battery. Its unit is percentage. When the state of charge is 100%, the battery is said to be fully charged; and when the state of charge is 0%, the battery is said to be completely discharged.

Une définition des modes de recharge peut être la suivante :A definition of charging modes can be as follows:

La charge en mode 2, de la responsabilité du module de chargeur OBCDC, c’est la recharge sur une prise murale classique donc avec un courant de 8A ou 13A par exemple.Charging in mode 2, the responsibility of the OBCDC charger module, is charging from a conventional wall socket, therefore with a current of 8A or 13A for example.

La charge en mode 3, de responsabilité du module de chargeur OBCDC, c’est la recharge sur une borne murale (« wallbox » en langue anglaise) que l’on peut acheter avec la voiture et qui est à installer sur le compteur du domicile donc avec un courant de 16A ou 32A par exemple.Charging in mode 3, responsibility of the OBCDC charger module, is recharging on a wallbox (“wallbox” in English) which can be purchased with the car and which must be installed on the home meter therefore with a current of 16A or 32A for example.

Le mode 3 existe soit en monophasé à 1x16A ou 1x32A ; soit en triphasé à 3x16A.Mode 3 exists either in single phase at 1x16A or 1x32A; or three-phase at 3x16A.

La charge en mode 4, de la responsabilité du système de gestion de batterie, c’est la recharge sur des bornes spéciales en courant DC 450V et qui vont de 40A à 250A.Charging in mode 4, the responsibility of the battery management system, is charging on special terminals with DC 450V current and which range from 40A to 250A.

Concernant maintenant le module de chargeur OBCDC, il s’agit d’un organe qui se compose de deux parties :
- la partie chargeur embarqué (OBC), qui est le chargeur de courant électrique du véhicule. Le chargeur embarqué comprend un calculateur (ou unité de contrôle) et gère la communication avec les différentes bornes de recharge ; surveille et monitore la recharge électrique du véhicule.Now concerning the OBCDC charger module, it is a body which is made up of two parts:
- the on-board charger part (OBC), which is the vehicle's electrical current charger. The on-board charger includes a computer (or control unit) and manages communication with the different charging stations; monitors and monitors the vehicle's electrical charging.

Lors des recharges électriques en modes 2 et 3, le convertisseur DC/DC convertit le courant alternatif 220V en courant continu jusque 450V sur certains véhicules spécifiques.During electric charging in modes 2 and 3, the DC/DC converter converts 220V alternating current into direct current up to 450V on certain specific vehicles.

- la partie convertisseur DC/DC, qui est responsable de la conversion du courant.- the DC/DC converter part, which is responsible for converting the current.

Lors des recharges électriques en mode 4, le convertisseur DC/DC n’intervient pas car le courant DC est directement envoyé à la batterie de traction 450V DC.During electric recharging in mode 4, the DC/DC converter does not intervene because the DC current is sent directly to the 450V DC traction battery.

Lors du roulage, le convertisseur DC/DC convertit une partie du courant du pack batterie DC 350V/450V (PB) en courant DC 13,9V pour alimenter le réseau de bord du véhicule électrique et donc recharger la batterie 12V du véhicule électrique.When driving, the DC/DC converter converts part of the current from the DC 350V/450V battery pack (PB) into DC 13.9V current to supply the electric vehicle's on-board network and therefore recharge the electric vehicle's 12V battery.

La illustre un circuit à haute tension sur des véhicules spécifiques.There illustrates a high voltage circuit on specific vehicles.

Le pack batterie PB de ces véhicules comprend principalement :
- des modules de puissances MP qui contiennent l’énergie électrique du pack batterie PB (c’est la partie entourée à gauche en ) ;
- un module de pilotage (c’est-à-dire le système de gestion de batterie), qui comprend un calculateur de pilotage du pack batterie ;
- un système de refroidissement/réchauffage des modules de puissance ;
- une armature de maintien des modules de puissances ;
- des contacteurs K1, K2, K3, K4 et K5 pour isoler le pack batterie PB à haute tension de la machine électrique de traction ME ; et pour isoler la batterie à haute tension de la borne de recharge, ou tout au moins de l’embase de recharge ST du véhicule ; et
- des capotages inférieur et extérieur pour garantir l’isolation du pack batterie.The PB battery pack of these vehicles mainly includes:
- MP power modules which contain the electrical energy of the PB battery pack (this is the part circled on the left in ) ;
- a control module (i.e. the battery management system), which includes a battery pack control computer;
- a cooling/heating system for the power modules;
- a frame for holding the power modules;
- contactors K1, K2, K3, K4 and K5 to isolate the high voltage PB battery pack from the ME electric traction machine; and to isolate the high voltage battery from the charging station, or at least from the ST charging base of the vehicle; And
- lower and outer covers to guarantee insulation of the battery pack.

Globalement tout ce qui est dans le cadre en trait mixte en , est contenu dans le pack batterie PB.Overall everything that is in the mixed line frame in , is contained in the PB battery pack.

Les modules de puissance MP et le module de pilotage, ainsi que le logiciel dans le module de pilotage sont par exemple ceux d’un fournisseur. Le reste peut être assemblé pour obtenir un pack batterie PB.The MP power modules and the control module, as well as the software in the control module, are for example those of a supplier. The rest can be assembled to get a PB battery pack.

Les différents calculateurs pouvant intervenir dans l’invention sont les suivants :
- le calculateur de la batterie HV de traction (BMS) : il gère la batterie HV de traction du véhicule. Il envoie et estime l’état d’énergie (par abréviation SOE pour « state of energy » en langue anglaise) de la batterie, et envoie l’information à un superviseur du groupe motopropulseur (généralement appelé eVCU) ;
- le superviseur du groupe motopropulseur (eVCU) : il coordonne, pilote, commande, et supervise des calculateurs de contrôle, dont le module de chargeur OBCDC et le système de gestion de batterie ;
- le module de chargeur OBCDC définit plus haut.The different calculators that can be involved in the invention are as follows:
- the HV traction battery computer (BMS): it manages the vehicle's HV traction battery. It sends and estimates the state of energy (SOE) of the battery, and sends the information to a powertrain supervisor (generally called eVCU);
- the powertrain supervisor (eVCU): it coordinates, pilots, commands, and supervises control computers, including the OBCDC charger module and the battery management system;
- the OBCDC charger module defined above.

Concernant spécifiquement l’invention, la stratégie concernant la détection d’un défaut d’isolation en sortie de module de chargeur OBCDC lors de l’opération de recharge en mode 2 ou en mode 3 peut être comme suit :Specifically concerning the invention, the strategy concerning the detection of an insulation fault at the output of the OBCDC charger module during the charging operation in mode 2 or mode 3 can be as follows:

Pour détecter un défaut d’isolation en sortie de module de chargeur OBCDC, nous avons développé le fonctionnel suivant :To detect an insulation fault at the OBCDC charger module output, we have developed the following functionality:

En début de charge en mode 2 et/ou en mode 3 (étape 1 sur la ), quand de module de chargeur OBCDC commence à envoyer le courant de recharge en sortie du module de chargeur OBCDC, (donc en théorie en entrée de circuit à haute tension) en destination de la batterie de traction (Modules MP), le module de chargeur OBCDC débute la surveillance de l’isolation quand le courant de recharge en sortie de chargeur embarqué dépasse un certain seuil de courant (que l’on appellera iciSIc).At the start of charging in mode 2 and/or mode 3 (step 1 on the ), when the OBCDC charger module begins to send the charging current to the output of the OBCDC charger module, (therefore in theory at the high voltage circuit input) to the traction battery (MP Modules), the charging module OBCDC charger begins monitoring the insulation when the charging current at the on-board charger output exceeds a certain current threshold (which we will call SIc here).

Ainsi, quand le courant de recharge en sortie du chargeur embarqué dépasse ce seuil de courantSIc), le module de chargeur OBCDC regarde la tension du courant de recharge en sortie du chargeur embarqué OBC, et si cette tension est inférieure à un certain seuil de tension de recharge (que l’on appellera iciSUc) pendant une durée supérieure ou égale àSD, alors le module de chargeur OBCDC arrête la procédure de recharge (donc le module de chargeur OBCDC arrête la conversion du courant AC en courant DC 400V) on passe le module de chargeur OBCDC en phase de veille (ou « stand-by » en langue anglaise, c’est-à-dire en phase de pause) et le module de chargeur OBCDC ouvre ses Mosfets (pour isoler le module de chargeur OBCDC du circuit à haute tension du véhicule – étape 2 sur la ).Thus, when the charging current at the output of the on-board charger exceeds this current threshold SIc ), the charger module OBCDC looks at the voltage of the charging current at the output of the on-board charger OBC, and if this voltage is less than a certain threshold of recharge voltage (which we will call here SUc ) for a duration greater than or equal to SD , then the OBCDC charger module stops the recharge procedure (so the OBCDC charger module stops the conversion of AC current into DC 400V current) we put the OBCDC charger module in the standby phase (or “stand-by” in English, that is to say in the pause phase) and the OBCDC charger module opens its Mosfets (to isolate the charger module Vehicle High Voltage Circuit OBCDC – Step 2 on the ).

Dans les essais, dans cette situation, nous avons calibré le logiciel du module de chargeur OBCDC pour stopper la charge, lors des charges en modes 2 et 3 avec :
-SUccalibré pendant la phase de mise au point de la fonction à 60 V ;
-SIccalibré pendant la phase de mise au point de la fonction à 4 A ; et
-SDcalibrée pendant la phase de mise au point de la fonction à 10 microsecondes.In the tests, in this situation, we calibrated the OBCDC charger module software to stop charging, when charging in modes 2 and 3 with:
- SUc calibrated during the function adjustment phase at 60 V;
- SIc calibrated during the function adjustment phase at 4 A; And
- SD calibrated during the function development phase at 10 microseconds.

A noter concernantSD, que le risque est si important que nous sommes obligés d’arrêter la charge immédiatement si la tension du courant de recharge n’est pas supérieure àSUcdès le début de la phase de recharge.Note regarding SD , that the risk is so significant that we are obliged to stop charging immediately if the charging current voltage is not greater than SUc from the start of the charging phase.

Donc cela revient à dire que lors des recharges en mode 2 et/ou en mode 3, quand le courant de recharge en sortie du chargeur embarqué OBC dépasse le seuil de 4 Ampères, le module de chargeur OBCDC regarde la tension du courant de recharge en sortie du chargeur embarqué OBC, et si cette tension est inférieure à 60 Volts pendant une durée supérieure ou égale à 10 microsecondes, le module de chargeur OBCDC arrête la procédure de recharge (donc le module de chargeur OBCDC arrête la conversion du courant AC en courant DC 400V), le module de chargeur OBCDC passe en phase de veille (en phase de pause), et ouvre ses Mosfets.So this amounts to saying that during recharges in mode 2 and/or mode 3, when the recharge current at the output of the OBC on-board charger exceeds the threshold of 4 Amps, the OBCDC charger module looks at the voltage of the recharge current in output of the OBC on-board charger, and if this voltage is lower than 60 Volts for a period greater than or equal to 10 microseconds, the OBCDC charger module stops the charging procedure (so the OBCDC charger module stops the conversion of AC current into current DC 400V), the OBCDC charger module goes into standby phase (in pause phase), and opens its Mosfets.

Quand cette charge en mode 2 et/ou en mode 3 est arrêtée suite à ce défaut, le module de chargeur OBCDC et le superviseur du groupe motopropulseur (eVCU) enregistrent un code défaut et le superviseur envoie à un boîtier central (généralement appelé BSI pour « boitier de servitude intelligent ») son code défaut pour signaler que la charge a été arrêtée suite à un défaut d’isolation en sortie du chargeur embarqué OBC.When this mode 2 and/or mode 3 charging is stopped following this fault, the OBCDC charger module and the powertrain supervisor (eVCU) log a fault code and the supervisor sends to a central box (usually called BSI for “intelligent utility box”) its fault code to signal that charging has been stopped following an insulation fault at the output of the OBC on-board charger.

Ainsi, si l’utilisateur fait un contrôle pour savoir ce qui s’est passé, en consultant les défauts, il aura l’information selon laquelle la charge s’est arrêtée suite à un défaut d’isolation en sortie du module de chargeur OBCDC.Thus, if the user checks to find out what happened, by consulting the faults, he will have the information that the charging has stopped following an insulation fault at the output of the OBCDC charger module. .

Ensuite, le service de contrôle n’a plus qu’à contrôler la sortie du module de chargeur OBCDC et le circuit à haute tension du véhicule pour identifier la localisation du défaut d’isolation, afin d’y remédier.Then, the inspection service only has to check the output of the OBCDC charger module and the high voltage circuit of the vehicle to identify the location of the insulation fault, in order to remedy it.

Concernant maintenant la stratégie pour relancer une charge suite à ce type d’arrêt de charge :Now regarding the strategy for resuming charging following this type of charging stop:

Ce défaut se rétablit de lui-même au bout d’un temps de rétablissement (que l’on appellera iciTR). En d’autres termes, au bout de ce tempsTR, le module de chargeur OBCDC passe le code défaut d’un état permanent à un état fugitif, c’est-à-dire que le code défaut est toujours mémorisé dans le module de chargeur OBCDC, dans le superviseur du groupe motopropulseur et dans le boîtier central, mais sous l’état « Fugitif ». Cela signifie que le module de chargeur OBCDC a rétabli la situation.This fault restores itself after a recovery time (which we will call here TR ). In other words, at the end of this time TR , the OBCDC charger module passes the fault code from a permanent state to a fleeting state, that is to say that the fault code is always stored in the module. OBCDC charger, in the powertrain supervisor and in the central box, but in the “Fugitive” state. This means that the OBCDC charger module has restored the situation.

Le module de chargeur OBCDC essaie alors de relancer la charge en mode 2 ou en mode 3 au bout de ce tempsTR, si l’utilisateur du véhicule n’a pas débranché la prise de recharge du véhicule.The OBCDC charger module then tries to restart charging in mode 2 or mode 3 at the end of this time TR , if the vehicle user has not disconnected the vehicle charging socket.

Donc, si le pistolet de recharge est toujours présent au niveau du socle de prise du véhicule ST, le module de chargeur OBCDC tente de relancer la charge, mais la surveillance de la tension du courant de recharge est toujours active.Therefore, if the charging gun is still present at the ST vehicle socket base, the OBCDC charger module attempts to restart charging, but monitoring of the charging current voltage is still active.

Si lors de la relance de charge, la tension du courant de recharge reste inférieure au seuilSUcpendant la duréeSD, la charge en mode 2 et/ou en mode 3 est de nouveau stoppée.If when charging is restarted, the charging current voltage remains below the threshold SUc for the duration SD , charging in mode 2 and/or mode 3 is stopped again.

Ces relances de tentatives de charge en mode 2 et/ou en mode 3 sont faites :
- soit jusqu’à ce que la charge se lance sans être arrêtée, c’est-à-dire jusqu’à ce que la tension du courant de recharge finisse par être supérieure au seuil de tensionSUc;
- soit jusqu’à ce que l’utilisateur retire le pistolet de recharge du véhicule ;
- soit, en variante, on peut imaginer un compteur de relances de recharges, qui compte le nombre de relances de charge depuis l’insertion du pistolet de recharge dans le socle de prise ST par l’utilisateur et quand le compteur arrive à une valeurVR, la charge est arrêtée jusqu’au moment où l’utilisateur retire le pistolet de recharge du socle de prise ST (au moment où l’utilisateur retire le pistolet de recharge du socle de prise, le compteur de relance est DE préférence remis à la valeur de 0 relance).These restarts of charging attempts in mode 2 and/or mode 3 are made:
- or until charging starts without being stopped, that is to say until the voltage of the charging current ends up being greater than the voltage threshold SUc ;
- or until the user removes the charging gun from the vehicle;
- or, alternatively, we can imagine a counter of recharging restarts, which counts the number of recharging restarts since the insertion of the recharging gun into the ST socket base by the user and when the counter reaches a value VR , charging is stopped until the user removes the recharging gun from the socket base ST (at the moment the user removes the recharging gun from the socket base, the restart counter is DE preferably reset to the value of 0 raise).

Dans les essais, nous avons calibré le logiciel du module de chargeur OBCDC avec les valeurs suivantes :
-TRcalibré pendant la phase de mise au point de la fonction à 5 secondes ;
-VRcalibré pendant la phase de mise au point de la fonction à 40 relances autorisées.In testing, we calibrated the OBCDC charger module software with the following values:
- TR calibrated during the function adjustment phase at 5 seconds;
- VR calibrated during the function development phase with 40 restarts authorized.

Supposons que le problème d’isolation en sortie du chargeur embarqué OBC soit permanent, de sorte que les relances n’ont jamais permis une recharge de la batterie de traction.Let us assume that the isolation problem at the output of the OBC on-board charger is permanent, so that the restarts never allowed the traction battery to be recharged.

Ainsi, quand l’utilisateur revient sur le véhicule, il constatera que la charge en mode 2 ou 3 de son véhicule n’est pas complète. Il constatera que l’opération de charge est finie, et pourtant il verra que l’état de charge de sa batterie de recharge n’est pas à 100%.Thus, when the user returns to the vehicle, he will notice that the charging in mode 2 or 3 of his vehicle is not complete. He will notice that the charging operation is finished, and yet he will see that the state of charge of his charging battery is not at 100%.

Donc deux solutions s’offrent à lui :
- soit il débranche le pistolet et prend son véhicule pour se déplacer ;
- soit il désire que l’opération de recharge continue, et donc il n’aura qu’à débrancher le pistolet de recharge et remettre le pistolet de recharge en mode 2 ou 3, pour relancer la procédure de recharge.So two solutions are available to him:
- either he unplugs the gun and takes his vehicle to travel;
- either he wants the recharging operation to continue, and therefore he will only have to unplug the recharging gun and put the recharging gun back in mode 2 or 3, to restart the recharging procedure.

Ainsi, le compteur de relance est réinitialisé à 0 itération de relance. Cependant si le défaut est toujours présent, la fonction verra toujours une tension du courant de recharge en dessous deSUcet donc la charge en mode 2 et/ou en mode 3 sera toujours arrêtée au bout du tempsSD.Thus, the retry counter is reset to 0 retry iterations. However, if the fault is still present, the function will always see a charging current voltage below SUc and therefore charging in mode 2 and/or mode 3 will always be stopped at the end of time SD .

La seule solution pour que les recharges en mode 2 et en mode 3 soient de nouveau effectives est que le service de contrôle trouve l’origine de la défaillance ou change le module de chargeur OBCDC (en cas de défaillance de celui-ci) pour rétablir les recharges en modes 2 et 3 du véhicule.The only solution for mode 2 and mode 3 recharges to be effective again is for the control service to find the origin of the failure or change the OBCDC charger module (in the event of failure) to restore charging in modes 2 and 3 of the vehicle.

L’invention s’applique aux véhicules 100% électriques, mais aussi aux véhicules hybrides. Par ailleurs, l’invention s’applique à tout type de véhicules (motos, camions, scooters, avions, bateaux, tracteurs, etc.).The invention applies to 100% electric vehicles, but also to hybrid vehicles. Furthermore, the invention applies to all types of vehicles (motorcycles, trucks, scooters, planes, boats, tractors, etc.).

Claims (10)

Module de chargeur (OBCDC) pour un pack batterie (PB) de véhicule automobile, le pack batterie comprenant des modules de puissance (MP) d’une batterie dans un circuit à haute tension (HV) connecté à un connecteur de prise de recharge (ST) et à une machine électrique de traction (ME),
le module de chargeur (OBCDC) étant connecté au circuit à haute tension (HV) pour permettre une transmission d’un courant de recharge (I) issu du connecteur de prise de recharge (ST) vers les modules de puissance (MP) du pack batterie (PB),
le module de chargeur (OBCDC) comprenant :
- un chargeur embarqué (OBC) ;
- une unité de contrôle de charge connectée au chargeur embarqué (OBC),
- un moyen pour transmettre le courant de recharge (I) en sortie du module de chargeur (OBCDC) vers les modules de puissance (MP) ;
caractérisé en ce que le module de chargeur (OBCDC) comprend en outre :
- un moyen de détection de défaut d’isolation pour déterminer si le courant de recharge (I) dépasse un seuil de courant (SIc) ; et dans l’affirmative, déterminer si une tension (U) du courant de recharge (I) est inférieure à un seuil de tension (SUc) pendant une durée (D) supérieure ou égale à un seuil de durée (SD) ; et dans l’affirmative conclure à un défaut d’isolation ;
- un moyen d’arrêt de recharge pour arrêter la procédure de recharge en cas de défaut d’isolation ; et
- un moyen d’isolation électrique pour isoler électriquement le module de chargeur (OBCDC) du circuit à haute tension (HV) en cas de défaut d’isolation.Charger module (OBCDC) for a battery pack (PB) of a motor vehicle, the battery pack comprising power modules (MP) of a battery in a high voltage (HV) circuit connected to a charging socket connector ( ST) and an electric traction machine (ME),
the charger module (OBCDC) being connected to the high voltage circuit (HV) to allow transmission of a charging current (I) from the charging socket connector (ST) to the power modules (MP) of the pack battery (PB),
the charger module (OBCDC) comprising:
- an on-board charger (OBC);
- a charge control unit connected to the on-board charger (OBC),
- a means for transmitting the charging current (I) at the output of the charger module (OBCDC) to the power modules (MP);
characterized in that the charger module (OBCDC) further comprises:
- insulation fault detection means for determining whether the charging current (I) exceeds a current threshold (SIc); and if so, determining whether a voltage (U) of the charging current (I) is lower than a voltage threshold (SUc) for a duration (D) greater than or equal to a duration threshold (SD); and if so conclude that there is an insulation defect;
- a charging stop means to stop the charging procedure in the event of an insulation fault; And
- an electrical insulation means for electrically isolating the charger module (OBCDC) from the high voltage circuit (HV) in the event of an insulation fault. Module de chargeur (OBCDC) selon la revendication 1, comprenant en outre des transistors à effet de champ à grille isolée dans sa connexion au circuit à haute tension (HV), caractérisé en ce que le moyen d’isolation électrique est configuré pour désactiver lesdits transistors.A charger module (OBCDC) according to claim 1, further comprising insulated gate field effect transistors in its connection to the high voltage (HV) circuit, characterized in that the electrical isolation means is configured to deactivate said transistors. Module de chargeur (OBCDC) selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que
- le seuil de courant (SIc) est calibré entre 2A et 6A, de préférence à 4A ;
- le seuil de tension (SUc) est calibré entre 55V et 65V, de préférence à 60V ; et
- le seuil de durée (SD), est calibré entre 5ms et 100ms, de préférence à 10ms.Charger module (OBCDC) according to any one of claims 1 to 2, characterized in that
- the current threshold (SIc) is calibrated between 2A and 6A, preferably at 4A;
- the voltage threshold (SUc) is calibrated between 55V and 65V, preferably at 60V; And
- the duration threshold (SD) is calibrated between 5ms and 100ms, preferably 10ms. Module de chargeur (OBCDC) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comprend un moyen pour enregistrer un code défaut en cas de défaut d’isolation.Charger module (OBCDC) according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises means for recording a fault code in the event of an insulation fault. Module de chargeur (OBCDC) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen d’isolation électrique est configuré pour reconnecter le module de chargeur (OBCDC) au circuit à haute tension (HV) après un temps de rétablissement (TR) suivant la conclusion de défaut d’isolation, et le moyen d’arrêt de recharge est configuré pour rétablir ensuite la procédure de recharge.Charger module (OBCDC) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the electrical insulation means is configured to reconnect the charger module (OBCDC) to the high voltage circuit (HV) after a time of recovery (TR) following the conclusion of the insulation fault, and the recharge stopping means is configured to then restore the recharge procedure. Module de chargeur (OBCDC) selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’il comprend un compteur de relances de recharge pour compter un nombre de relances de recharge depuis la connexion du connecteur de prise de recharge (ST) à une source de recharge, le moyen d’arrêt de recharge étant configuré pour arrêter la recharge jusqu’à la déconnexion du connecteur de prise de recharge (ST) après un seuil de nombre de relances (VR).Charger module (OBCDC) according to claim 5, characterized in that it comprises a recharge restart counter for counting a number of recharge restarts since the connection of the recharge socket connector (ST) to a recharge source, the charging stop means being configured to stop charging until the charging socket connector (ST) is disconnected after a threshold number of restarts (VR). Module de chargeur (OBCDC) selon la revendication 6, caractérisé en ce que
- le temps de rétablissement (TR) est calibré entre 4s et 6s, de préférence à 5s ; et
- le seuil de nombre de relances (VR) est calibré entre 30 et 50, de préférence à 40.Charger module (OBCDC) according to claim 6, characterized in that
- the recovery time (TR) is calibrated between 4s and 6s, preferably 5s; And
- the number of reminders (VR) threshold is calibrated between 30 and 50, preferably 40. Véhicule automobile comprenant un module de chargeur (OBCDC) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.Motor vehicle comprising a charger module (OBCDC) according to any one of claims 1 to 7. Procédé de détection d’isolation au moyen d’un module de chargeur (OBCDC) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par les étapes suivantes :
- déterminer si le courant de recharge (I) dépasse un seuil de courant (SIc),
- dans l’affirmative, déterminer si une tension (U) du courant de recharge (I) est inférieure à un seuil de tension (SUc) pendant une durée (D) supérieure ou égale à un seuil de durée (SD),
- dans l’affirmative conclure à un défaut d’isolation ;
- arrêter la procédure de recharge en cas de défaut d’isolation ; et
- isoler électriquement (2) le module de chargeur (OBCDC) du circuit à haute tension (HV) en cas de défaut d’isolation.Insulation detection method using a charger module (OBCDC) according to any one of claims 1 to 7, characterized by the following steps:
- determine if the charging current (I) exceeds a current threshold (SIc),
- if so, determine whether a voltage (U) of the charging current (I) is lower than a voltage threshold (SUc) for a duration (D) greater than or equal to a duration threshold (SD),
- if so, conclude that there is an insulation defect;
- stop the recharging procedure in the event of an insulation fault; And
- electrically isolate (2) the charger module (OBCDC) from the high voltage circuit (HV) in the event of an insulation fault. Programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de détection d’isolation selon la revendication 9, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.A computer program comprising program code instructions for executing the steps of the insulation detection method of claim 9, when said program is operating on a computer.
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