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FR3156916A1 - METHOD FOR CHECKING THE INSULATION OF AN ON-BOARD CHARGER FOR DETECTING AN INSULATION FAULT BETWEEN THE PRIMARY AND SECONDARY CIRCUITS OF A POWER CONVERSION STAGE OF THE CHARGER - Google Patents

METHOD FOR CHECKING THE INSULATION OF AN ON-BOARD CHARGER FOR DETECTING AN INSULATION FAULT BETWEEN THE PRIMARY AND SECONDARY CIRCUITS OF A POWER CONVERSION STAGE OF THE CHARGER Download PDF

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FR3156916A1
FR3156916A1 FR2314458A FR2314458A FR3156916A1 FR 3156916 A1 FR3156916 A1 FR 3156916A1 FR 2314458 A FR2314458 A FR 2314458A FR 2314458 A FR2314458 A FR 2314458A FR 3156916 A1 FR3156916 A1 FR 3156916A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
charger
voltage
power conversion
controller
stage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2314458A
Other languages
French (fr)
Inventor
Sébastien DELEPOUVE
Romain GUIENNE
Ali Benzehra
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Technologies
Original Assignee
Vitesco Technologies
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vitesco Technologies filed Critical Vitesco Technologies
Priority to FR2314458A priority Critical patent/FR3156916A1/en
Priority to PCT/EP2024/086292 priority patent/WO2025132098A1/en
Publication of FR3156916A1 publication Critical patent/FR3156916A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

L’invention concerne un procédé de contrôle d’isolation entre les circuits primaire et secondaire d’un étage de conversion de puissance, mis en œuvre dans un chargeur embarqué dans un véhicule, le chargeur comprenant :- un contrôleur ;- une phase, un neutre, et une terre ;- un dispositif de contrôle d’isolation comportant une source de tension continue, un diviseur de tension et un étage de filtrage d’une composante de tension alternative ;le procédé de contrôle d’isolation comprenant les étapes suivantes : - une étape de détermination (E1) d’un mode de charge du chargeur ;- une étape d’injection (E3) d’un courant électrique continu au sein du diviseur de tension ;- une étape de réception (E4) d’un signal de tension fourni en sortie de l’étage de filtrage ;- une étape de comparaison (E5) de ladite valeur de tension reçue à une valeur de tension seuil. Figure de l’abrégé : Fig. 3 The invention relates to a method for controlling the insulation between the primary and secondary circuits of a power conversion stage, implemented in a charger on board a vehicle, the charger comprising: - a controller; - a phase, a neutral, and an earth; - an insulation control device comprising a DC voltage source, a voltage divider, and a stage for filtering an AC voltage component; the insulation control method comprising the following steps: - a step (E1) of determining a charging mode of the charger; - a step (E3) of injecting a DC electric current into the voltage divider; - a step (E4) of receiving a voltage signal provided at the output of the filtering stage; - a step (E5) of comparing said received voltage value with a threshold voltage value. Abstract figure: Fig. 3

Description

PROCEDE DE CONTROLE D’ISOLATION D’UN CHARGEUR EMBARQUE POUR DETECTION D’UN DEFAUT D’ISOLATION ENTRE LES CIRCUITS PRIMAIRE ET SECONDAIRE D’UN ETAGE DE CONVERSION DE PUISSANCE DU CHARGEURMETHOD FOR CHECKING THE INSULATION OF AN ON-BOARD CHARGER FOR DETECTING AN INSULATION FAULT BETWEEN THE PRIMARY AND SECONDARY CIRCUITS OF A POWER CONVERSION STAGE OF THE CHARGER

L'invention se rapporte au domaine des chargeurs embarqués de véhicule automobile de type électrique. L’invention concerne plus particulièrement un contrôle d’isolation dans ces chargeurs en courant alternatif.The invention relates to the field of on-board chargers for electric motor vehicles. The invention relates more particularly to insulation control in these alternating current chargers.

Un dispositif de contrôle d’isolation IMD (ou «Insulation Monitoring device» en langue anglaise) est généralement prévu dans un chargeur embarqué illustré enFIG. 1. Il s’agit d’un module matériel qui est inséré entre la phase L, le neutre N et la terre PE.An IMD (or “ Insulation Monitoring Device ” in English) is generally provided in an on-board charger illustrated in FIG. 1 . It is a hardware module that is inserted between phase L, neutral N and earth PE.

Ce matériel communique par des signaux numériques et analogiques avec un microcontrôleur C. Le microcontrôleur C est configuré pour pouvoir déconnecter le dispositif de contrôle d’isolation IMD de la terre PE.This hardware communicates via digital and analog signals with a microcontroller C. The microcontroller C is configured to be able to disconnect the IMD insulation control device from the PE ground.

Le contrôle d'isolation entre la partie sous tension alternative et le conducteur de terre de protection existe déjà pour l'installation électrique informatique, mais ces solutions sont dédiées aux installation fixes (par exemple dans un domicile, un bâtiment).Insulation control between the AC live part and the protective earth conductor already exists for IT electrical installations, but these solutions are dedicated to fixed installations (for example in a home, a building).

De nouvelles fonctionnalités telles que la charge de véhicule se développent pour les véhicules électriques, et nécessitent également un contrôle d’isolation.New features such as vehicle charging are developing for electric vehicles, and also require insulation control.

Le chargeur embarqué peut fonctionner dans un véhicule électrique suivant plusieurs modes de fonctionnement, dont :
- réseau vers véhicule (ou G2V pour « grid to vehicle » en langue anglaise) ;
- véhicule vers réseau (ou V2G pour « vehicle to grid » en langue anglaise) ;
- véhicule vers domicile (ou V2H pour « vehicle to home » en langue anglaise) ;
- véhicule vers charge (ou V2L pour « vehicle to load » en langue anglaise).
The on-board charger can operate in an electric vehicle in several operating modes, including:
- network to vehicle (or G2V for “grid to vehicle” in English);
- vehicle to grid (or V2G for “vehicle to grid” in English);
- vehicle to home (or V2H for “vehicle to home” in English);
- vehicle to load (or V2L for “vehicle to load” in English).

La nouvelle fonctionnalité véhicule vers charge (ou V2L pour « vehicle to load » en langue anglaise) qui arrive, va nécessiter un tel contrôle mais pas la V2G, G2V ou V2H. En effet, le dispositif de contrôle d’isolation IMD peut perturber le réseau dans certaines configurations (par exemple V2G, G2V ou V2H) et pas dans d’autres (par exemple V2L).The new vehicle-to-load (V2L) functionality that is coming will require such control, but not V2G, G2V or V2H. Indeed, the IMD isolation control device can disrupt the network in some configurations (e.g. V2G, G2V or V2H) and not in others (e.g. V2L).

Dans le mode V2L, la fourniture d’un courant électrique alternatif (typiquement du 230 V monophasé) est typiquement réalisée en prélevant l’énergie électrique depuis la batterie haute tension du véhicule (batterie de tension nominale 400 V ou 800V) et en convertissant cette dernière en courant électrique alternatif (à l’aide d’un étage de conversion de puissance CV présent dans le chargeur). Il est alors possible de connecter un appareil électrique externe au véhicule de manière à alimenter l’appareil avec le courant électrique alternatif. L’étage de conversion de puissance comporte classiquement un circuit primaire P1, disposé du côté courant électrique alternatif et relié à la phase L et au neutre N, et un circuit secondaire P2, disposé côté batterie haute tension du véhicule.In V2L mode, the supply of an alternating electric current (typically 230 V single-phase) is typically achieved by taking electrical energy from the vehicle's high-voltage battery (400 V or 800 V nominal voltage battery) and converting it into alternating electric current (using a CV power conversion stage present in the charger). It is then possible to connect an external electrical device to the vehicle so as to power the device with the alternating electric current. The power conversion stage typically comprises a primary circuit P1, located on the alternating electric current side and connected to phase L and neutral N, and a secondary circuit P2, located on the vehicle's high-voltage battery side.

Dans le mode V2L par ailleurs, puisque le chargeur n’est plus connecté au réseau électrique domestique, il est nécessaire de garantir une coordination de l’isolation électrique entre les circuits primaire P1 et secondaire P2 (correspondant respectivement aux domaines alternatif et continu) de l’étage de conversion de puissance CV. En effet, en cas de défaut d’isolation électrique entre les circuits primaire P1 et secondaire P2 de l’étage de conversion de puissance CV, une boucle de courant peut se former, introduisant le chargement de capacités parasites dans la boucle, elles-mêmes susceptibles de provoquer un choc électrique et de blesser un utilisateur du véhicule. A cet effet, de nouvelles normes imposent de prévoir dans le chargeur, soit une séparation protective entre primaire et secondaire dans le circuit électrique, soit une séparation simple combinée à un mécanisme visant à détecter toute perte ou défaut d’isolation électrique, et à permettre que le microcontrôleur C puisse le cas échéant désactiver le transfert d’énergie électrique depuis le véhicule vers la charge.In V2L mode, moreover, since the charger is no longer connected to the domestic electrical network, it is necessary to guarantee coordination of the electrical insulation between the primary P1 and secondary P2 circuits (corresponding respectively to the AC and DC domains) of the CV power conversion stage. Indeed, in the event of an electrical insulation fault between the primary P1 and secondary P2 circuits of the CV power conversion stage, a current loop may form, introducing the charging of parasitic capacitances in the loop, which themselves may cause an electric shock and injure a vehicle user. To this end, new standards require the provision in the charger of either a protective separation between the primary and secondary in the electrical circuit, or a simple separation combined with a mechanism to detect any loss or fault in electrical insulation, and to allow the microcontroller C to be able, if necessary, to deactivate the transfer of electrical energy from the vehicle to the load.

Toutefois, dans ce dernier cas de figure de « séparation simple », il est nécessaire que la séparation soit une isolation galvanique.However, in this latter case of "simple separation", it is necessary that the separation be galvanic isolation.

Il existe donc un besoin de détecter tout défaut d’isolation dans cette isolation galvanique, sans introduire de circuit de surveillance de l’isolation qui ne soit pas galvaniquement connecté.There is therefore a need to detect any insulation fault in this galvanic isolation, without introducing an insulation monitoring circuit that is not galvanically connected.

Un objectif de la présente invention est de remédier aux défauts de l’art antérieur, et notamment de proposer une solution de protection contre les défauts d’isolation électrique susceptibles d’apparaître entre les circuits primaire et secondaire de l’étage de conversion de puissance d’un chargeur de véhicule dans le mode V2L de ce dernier (donc lorsque le véhicule n’est plus relié au réseau électrique domestique), qui permette de répondre aux exigences imposées par les nouvelles normes, et en particulier qui permette de détecter de manière précise et fiable un défaut d’isolation électrique et de surveiller l’isolation en conservant l’isolation galvanique entre les circuits primaire et secondaire.An objective of the present invention is to remedy the defects of the prior art, and in particular to propose a solution for protection against electrical insulation faults likely to appear between the primary and secondary circuits of the power conversion stage of a vehicle charger in the V2L mode of the latter (i.e. when the vehicle is no longer connected to the domestic electrical network), which makes it possible to meet the requirements imposed by the new standards, and in particular which makes it possible to detect an electrical insulation fault precisely and reliably and to monitor the insulation while maintaining the galvanic isolation between the primary and secondary circuits.

Pour atteindre cet objectif, l’invention propose, dans son acception la plus large, un procédé de contrôle d’isolation entre les circuits primaire et secondaire d’un étage de conversion de puissance, le procédé étant mis en œuvre dans un chargeur embarqué dans un véhicule, le chargeur comprenant :
- ledit étage de conversion de puissance électrique ;
- un contrôleur, relié à l’étage de conversion de puissance électrique ;
- une phase, un neutre et une terre, la phase et le neutre étant reliés au circuit primaire de l’étage de conversion de puissance électrique ;
- un dispositif de contrôle d’isolation connecté à la phase, au neutre, à la terre et au contrôleur dans un circuit électrique, et comportant une source de tension continue, un diviseur de tension dont l’entrée est reliée à la source de tension continue et à l’un de la phase ou du neutre, et un étage de filtrage d’une composante de tension alternative, ledit étage de filtrage d’une composante de tension alternative étant connecté entre la sortie du diviseur de tension et une entrée du contrôleur ;
le procédé de contrôle d’isolation comprenant les étapes suivantes :
- une première étape de détermination d’un mode de charge du chargeur ;
- si le mode de charge est un mode du véhicule vers la charge :
- une étape d’injection, par la source de tension continue, d’un courant électrique continu au sein du diviseur de tension, le courant électrique continu circulant ensuite dans l’étage de filtrage d’une composante de tension alternative ;
- une étape de réception, par le contrôleur, d’un signal de tension fourni en sortie de l’étage de filtrage d’une composante de tension alternative ;
- une étape de comparaison, par le contrôleur, de ladite valeur de tension reçue à une valeur de tension seuil, et,
- si ladite valeur de tension reçue est supérieure à la valeur de tension seuil sur un intervalle de temps prédéterminé, une étape d’émission, par le contrôleur, d’un signal de désactivation de l’étage de conversion de puissance électrique.
To achieve this objective, the invention proposes, in its broadest sense, a method for controlling insulation between the primary and secondary circuits of a power conversion stage, the method being implemented in a charger on board a vehicle, the charger comprising:
- said electrical power conversion stage;
- a controller, connected to the electrical power conversion stage;
- a phase, a neutral and an earth, the phase and the neutral being connected to the primary circuit of the electrical power conversion stage;
- an insulation monitoring device connected to the phase, neutral, earth and controller in an electrical circuit, and comprising a direct voltage source, a voltage divider whose input is connected to the direct voltage source and to one of the phase or the neutral, and a filtering stage of an alternating voltage component, said filtering stage of an alternating voltage component being connected between the output of the voltage divider and an input of the controller;
the insulation control method comprising the following steps:
- a first step of determining a charging mode for the charger;
- if the charging mode is a vehicle-to-charge mode:
- a step of injecting, by the direct voltage source, a direct electric current into the voltage divider, the direct electric current then circulating in the filtering stage of an alternating voltage component;
- a step of reception, by the controller, of a voltage signal provided at the output of the filtering stage of an alternating voltage component;
- a step of comparison, by the controller, of said received voltage value with a threshold voltage value, and,
- if said received voltage value is greater than the threshold voltage value over a predetermined time interval, a step of transmission, by the controller, of a signal for deactivating the electrical power conversion stage.

Ainsi, lorsqu’un défaut d’isolation électrique entre les circuits primaire et secondaire de l’étage de conversion de puissance est détecté par le contrôleur (valeur de tension reçue supérieure à la valeur de tension seuil sur un intervalle de temps prédéterminé), le contrôleur désactive l’étage de conversion de puissance électrique, permettant ainsi d’arrêter le transfert d’énergie électrique et de protéger l’utilisateur du véhicule contre un éventuel choc électrique. Le diviseur de tension permet d’atténuer la composante alternative et la composante continue du signal de tension et d’ainsi faciliter la détection ultérieure, tandis que l’étage de filtrage d’une composante de tension alternative permet de supprimer la composante alternative. Lorsqu’un défaut d’isolation électrique apparaît entre les circuits primaire et secondaire, tout se passe comme si une capacité parasite apparaissait au point d’entrée du diviseur de tension (capacité de mode commun du côté du secondaire venant en parallèle de la capacité de mode commun du côté du primaire), ce qui provoque une variation de la valeur de la tension résiduelle mesurée par le contrôleur durant l’intervalle de temps prédéterminé, et permet la détection. Lorsqu’aucun défaut d’isolation électrique n’est présent entre les circuits primaire et secondaire, la mesure de la tension résiduelle reste fixe et est déterminée par la valeur de la résistance d’injection et de la résistance de mesure.Thus, when an electrical insulation fault between the primary and secondary circuits of the power conversion stage is detected by the controller (received voltage value higher than the threshold voltage value over a predetermined time interval), the controller deactivates the electrical power conversion stage, thus stopping the transfer of electrical energy and protecting the vehicle user against a possible electric shock. The voltage divider makes it possible to attenuate the AC component and the DC component of the voltage signal and thus facilitate subsequent detection, while the filtering stage of an AC voltage component makes it possible to eliminate the AC component. When an electrical insulation fault appears between the primary and secondary circuits, everything happens as if a parasitic capacitance appeared at the input point of the voltage divider (common mode capacitance on the secondary side coming in parallel with the common mode capacitance on the primary side), which causes a variation in the value of the residual voltage measured by the controller during the predetermined time interval, and allows detection. When no electrical insulation fault is present between the primary and secondary circuits, the residual voltage measurement remains fixed and is determined by the value of the injection resistance and the measurement resistance.

Avantageusement, l’invention fournit une solution de protection contre les défauts d’isolation électrique susceptibles d’apparaître entre les circuits primaire et secondaire de l’étage de conversion de puissance d’un chargeur de véhicule dans le mode V2L de ce dernier, qui permet de répondre aux exigences imposées par les nouvelles normes. En outre, le chargeur selon l’invention permet de détecter de manière précise et fiable un défaut d’isolation électrique entre les circuits primaire et secondaire de l’étage de conversion de puissance. Le chargeur selon l’invention est également avantageux en ce qu’il est peu coûteux à produire et en ce qu’il permet de surveiller l’isolation en conservant l’isolation galvanique entre les circuits primaire et secondaire. En particulier, le chargeur selon l’invention ne requiert pas de circuit additionnel en parallèle de la barrière d’isolation électrique : l’isolation galvanique est par conséquent conservée.Advantageously, the invention provides a solution for protecting against electrical insulation faults that may appear between the primary and secondary circuits of the power conversion stage of a vehicle charger in the V2L mode of the latter, which makes it possible to meet the requirements imposed by the new standards. In addition, the charger according to the invention makes it possible to accurately and reliably detect an electrical insulation fault between the primary and secondary circuits of the power conversion stage. The charger according to the invention is also advantageous in that it is inexpensive to produce and in that it makes it possible to monitor the insulation while maintaining the galvanic isolation between the primary and secondary circuits. In particular, the charger according to the invention does not require an additional circuit in parallel with the electrical isolation barrier: the galvanic isolation is therefore maintained.

Avantageusement, si le mode de charge est un mode du véhicule vers la charge et si ladite valeur de tension reçue est supérieure à la valeur de tension seuil sur l’intervalle de temps prédéterminé, le procédé comporte en outre une première étape intermédiaire d’émission, par le contrôleur, d’un signal de désactivation de la source de tension continue, une deuxième étape intermédiaire d’émission, par le contrôleur, d’un signal de réactivation de la source de tension continue, puis une remise en œuvre desdites étapes d’injection d’un courant électrique continu, de réception d’un signal de tension, et de comparaison de la valeur de tension reçue à une valeur de tension seuil, l’étape d’émission d’un signal de désactivation de l’étage de conversion de puissance électrique étant mise en œuvre si et seulement si , lors de ladite dernière étape de comparaison, la valeur de tension reçue est toujours supérieure à la valeur de tension seuil sur l’intervalle de temps prédéterminé.Advantageously, if the charging mode is a vehicle-to-charging mode and if said received voltage value is greater than the threshold voltage value over the predetermined time interval, the method further comprises a first intermediate step of transmission, by the controller, of a signal for deactivating the DC voltage source, a second intermediate step of transmission, by the controller, of a signal for reactivating the DC voltage source, then a re-implementation of said steps of injecting a DC electric current, receiving a voltage signal, and comparing the received voltage value with a threshold voltage value, the step of transmission of a signal for deactivating the electrical power conversion stage being implemented if and only if, during said last comparison step, the received voltage value is still greater than the threshold voltage value over the predetermined time interval.

Cela permet de confirmer la présence d’un défaut d’isolation électrique entre les circuits primaire et secondaire de l’étage de conversion de puissance, et donc d’améliorer la fiabilité de la détection.This makes it possible to confirm the presence of an electrical insulation fault between the primary and secondary circuits of the power conversion stage, and therefore to improve the reliability of detection.

L’invention concerne également un chargeur destiné à être embarqué dans un véhicule, le chargeur comprenant :
- un étage de conversion de puissance électrique muni d’un circuit primaire et d’un circuit secondaire ;
- un contrôleur, relié à l’étage de conversion de puissance électrique ;
- une phase, un neutre et une terre, la phase et le neutre étant reliés au circuit primaire de l’étage de conversion de puissance électrique ;
- un dispositif de contrôle d’isolation connecté à la phase, au neutre, à la terre et au contrôleur dans un circuit électrique, et comportant une source de tension continue, un diviseur de tension dont l’entrée est reliée à la source de tension continue et à l’un de la phase ou du neutre, et un étage de filtrage d’une composante de tension alternative, ledit étage de filtrage d’une composante de tension alternative étant connecté entre la sortie du diviseur de tension et une entrée du contrôleur ;
le chargeur étant configuré pour mettre en œuvre les étapes du procédé de contrôle d’isolation tel que décrit ci-dessus.
The invention also relates to a charger intended to be mounted in a vehicle, the charger comprising:
- an electrical power conversion stage equipped with a primary circuit and a secondary circuit;
- a controller, connected to the electrical power conversion stage;
- a phase, a neutral and an earth, the phase and the neutral being connected to the primary circuit of the electrical power conversion stage;
- an insulation monitoring device connected to the phase, neutral, earth and controller in an electrical circuit, and comprising a direct voltage source, a voltage divider whose input is connected to the direct voltage source and to one of the phase or the neutral, and a filtering stage of an alternating voltage component, said filtering stage of an alternating voltage component being connected between the output of the voltage divider and an input of the controller;
the charger being configured to implement the steps of the insulation control method as described above.

Selon une variante, la source de tension continue comporte un convertisseur élévateur et une résistance d’injection de courant connectée entre le convertisseur élévateur et l’entrée du diviseur de tension.According to one variant, the direct voltage source comprises a boost converter and a current injection resistor connected between the boost converter and the input of the voltage divider.

Cela permet d’obtenir une source de tension continue de 20 V à partir de composants déjà présents dans le chargeur (réutilisation avantageuse de composants déjà présents, ce qui permet une réduction des coûts).This allows a 20V DC voltage source to be obtained from components already present in the charger (advantageous reuse of components already present, which allows for cost reduction).

Selon une variante, la résistance d’injection de courant présente une valeur de résistance comprise sensiblement égale à 600 kΩ.According to one variant, the current injection resistor has a resistance value substantially equal to 600 kΩ.

Selon une variante, le diviseur de tension est un pont diviseur de tension muni de deux résistances connectées en série, les deux résistances étant telles que le rapport de division du pont diviseur de tension est compris entre 8 et 12, de préférence sensiblement égal à 10.According to one variant, the voltage divider is a voltage divider bridge provided with two resistors connected in series, the two resistors being such that the division ratio of the voltage divider bridge is between 8 and 12, preferably substantially equal to 10.

Cela permet d’atténuer efficacement à la fois la composante alternative et la composante continue du signal de tension présent en entrée du diviseur de tension, permettant une meilleure adaptation aux amplificateurs opérationnels de l’étage de filtrage et donc une meilleure discrimination ultérieure entre les composantes alternative et continue. Les deux résistances du pont diviseur de tension sont connectées en série dans le but de réduire la dissipation de puissance électrique en cas de surtension appliquée sur l’entrée de tension alternative du chargeur.This effectively attenuates both the AC and DC components of the voltage signal present at the input of the voltage divider, allowing better adaptation to the operational amplifiers of the filter stage and therefore better subsequent discrimination between the AC and DC components. The two resistors of the voltage divider bridge are connected in series in order to reduce electrical power dissipation in the event of an overvoltage applied to the AC voltage input of the charger.

Selon une variante, l’étage de filtrage d’une composante de tension alternative comporte une résistance de mesure de courant, la résistance de mesure de courant présentant une valeur de résistance sensiblement égale à 1,2 MΩ.According to a variant, the filtering stage of an alternating voltage component comprises a current measuring resistor, the current measuring resistor having a resistance value substantially equal to 1.2 MΩ.

L’invention concerne en outre un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de contrôle d’isolation selon l’invention, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.The invention further relates to a computer program comprising program code instructions for executing the steps of the insulation control method according to the invention, when said program operates on a computer.

L'invention sera davantage détaillée par la description non limitative de variantes, et sur la base des figures annexées, dans lesquelles :
-FIG. 1illustre schématiquement un chargeur embarqué selon l’invention, le chargeur comprenant un contrôleur et un dispositif de contrôle d’isolation ;
-FIG. 2est une vue détaillée des composants électriques et électroniques du dispositif de contrôle d’isolation de laFIG. 1; et
-FIG. 3est un organigramme représentant le procédé de contrôle d’isolation selon l’invention.
The invention will be further detailed by the non-limiting description of variants, and on the basis of the appended figures, in which:
- FIG. 1 schematically illustrates an on-board charger according to the invention, the charger comprising a controller and an insulation control device;
- FIG. 2 is a detailed view of the electrical and electronic components of the insulation monitoring device of the FIG. 1 ; And
- FIG. 3 is a flowchart representing the insulation control method according to the invention.

L’invention concerne un chargeur embarqué OBC tel que celui d’un véhicule électrique, ainsi qu’un procédé de contrôle d’isolation mis en œuvre dans un tel chargeur embarqué.The invention relates to an OBC on-board charger such as that of an electric vehicle, as well as an insulation control method implemented in such an on-board charger.

Le chargeur embarqué OBC comporte :
- - un étage de conversion de puissance électrique CV ;
- un contrôleur C ;
- une phase L, un neutre N et une terre PE (cette dernière étant reliée à la masse électrique et au châssis du véhicule) ;
- un dispositif de contrôle d’isolation IMD.
The OBC on-board charger includes:
- - a CV electric power conversion stage;
- a C controller;
- a phase L, a neutral N and an earth PE (the latter being connected to the electrical ground and to the chassis of the vehicle);
- an IMD insulation control device.

L’étage de conversion de puissance électrique CV est muni d’un circuit primaire P1 et d’un circuit secondaire P2.The CV electric power conversion stage is equipped with a primary circuit P1 and a secondary circuit P2.

Le contrôleur C est relié à l’étage de conversion de puissance électrique CV et au dispositif de contrôle d’isolation IMD.The controller C is connected to the electrical power conversion stage CV and the insulation control device IMD.

Le dispositif de contrôle d’isolation IMD est connecté à la phase L, au neutre N, à la terre PE et au contrôleur C dans un circuit du chargeur embarqué OBC, comme l’illustre laFIG. 1. La phase L et le neutre N sont reliés au circuit primaire P1 de l’étage de conversion de puissance électrique CV. Une ou plusieurs capacités de filtrage de mode commun (non représentées sur les figures) sont présentes dans le réseau de courant alternatif du côté du circuit secondaire P1 (lorsqu’un appareil électrique externe est connecté au réseau), de telles capacités étant typiquement de l’ordre de 10 nF à 200 nF. Une ou plusieurs capacités de filtrage de mode commun (non représentées sur les figures) sont également présentes dans le réseau de courant continu du côté du circuit secondaire P2, qui sont typiquement de l’ordre de 1 µF à 1,5 µF.The IMD insulation monitoring device is connected to phase L, neutral N, ground PE and controller C in an OBC on-board charger circuit, as shown in FIG. 1 . Phase L and neutral N are connected to the primary circuit P1 of the electrical power conversion stage CV. One or more common mode filtering capacitors (not shown in the figures) are present in the AC network on the side of the secondary circuit P1 (when an external electrical device is connected to the network), such capacitors being typically of the order of 10 nF to 200 nF. One or more common mode filtering capacitors (not shown in the figures) are also present in the DC network on the side of the secondary circuit P2, which are typically of the order of 1 µF to 1.5 µF.

Le dispositif de contrôle d’isolation IMD a pour fonctions principales :
- contrôler de l’impédance : une fonction matérielle et logicielle qui doit gérer la mesure d'impédance ;
- confirmer la plausibilité des mesures : une fonction logicielle qui gère la plausibilité des mesures ;
- comparer des impédances : une fonction logicielle qui compare les mesures à un seuil calibré ;
- activer l'état de sécurité : une fonction logicielle qui met le système en état de sécurité en cas de défaut d'isolation ;
- réaliser son auto-vérification : l'auto-vérification doit être effectuée avant de commencer le transfert d'énergie du chargeur embarqué OBC.
The main functions of the IMD insulation control device are:
- impedance control: a hardware and software function that must manage the impedance measurement;
- confirm the plausibility of measurements: a software function that manages the plausibility of measurements;
- compare impedances: a software function that compares measurements to a calibrated threshold;
- activate safety state: a software function that puts the system in a safety state in the event of an insulation fault;
- perform self-verification: self-verification must be performed before starting the energy transfer from the OBC on-board charger.

Par ailleurs, le chargeur embarqué OBC réalise les échanges fonctionnels d’informations suivantes :
- les modes de charge : G2V, V2G, V2H, V2L, des informations sont reçues par le chargeur embarqué OBC depuis un système externe ;
- les activations ou désactivations phase-terre au niveau du dispositif de contrôle d’isolation IMD : en cas d'état désactivé, le dispositif de contrôle IMD correspondant doit être complètement vu en circuit ouvert (comme s'il n'y avait pas de circuit dans ledit dispositif IMD), afin d'éviter une interaction inattendue avec le mécanisme de protection externe pour certaines configurations de charge (par exemple, un disjoncteur différentiel en cas de mode V2G, G2V en régime de neutre TN ou TT) ;
- le contrôle d’impédance : la valeur analogique qui représente l'impédance mesurée entre phase L et terre PE ou neutre N et terre PE ;
- le statut de plausibilité de la mesure d'impédance (pouvant être nécessaire pour atteindre un certain niveau de sécurité fonctionnelle ASIL (pour « Automotive Safety Integrity Level » en langue anglaise - par exemple ASIL B) ;
- le statut du dispositif de contrôle d’isolation IMD : information qui indique si l'isolation est dans la plage calibrée ou non (selon le seuil défini par la législation du pays), ou s'il y a un défaut du dispositif de contrôle IMD (statut de plausibilité) ;
- le statut d’erreur du dispositif de contrôle IMD : information sur la surveillance de l'isolation, gérable par un système externe.
In addition, the OBC on-board charger carries out the following functional information exchanges:
- charging modes: G2V, V2G, V2H, V2L, information is received by the OBC on-board charger from an external system;
- phase-to-earth activations or deactivations at the IMD insulation control device: in case of deactivated state, the corresponding IMD control device must be completely seen in open circuit (as if there was no circuit in said IMD device), in order to avoid unexpected interaction with the external protection mechanism for certain load configurations (e.g., a differential circuit breaker in case of V2G, G2V mode in TN or TT neutral regime);
- impedance control: the analog value which represents the impedance measured between phase L and earth PE or neutral N and earth PE;
- the plausibility status of the impedance measurement (which may be necessary to achieve a certain ASIL functional safety level (for “Automotive Safety Integrity Level” in English - for example ASIL B);
- the status of the IMD insulation control device: information indicating whether the insulation is within the calibrated range or not (according to the threshold defined by the country's legislation), or whether there is a fault in the IMD control device (plausibility status);
- the error status of the IMD control device: information on insulation monitoring, manageable by an external system.

Dans le mode V2L, la fourniture du courant alternatif est typiquement réalisée en prélevant l’énergie électrique depuis la batterie haute tension du véhicule (batterie de tension nominale 400 V ou 800V – non représentée sur les figures) et en convertissant cette dernière en courant électrique alternatif (à l’aide de l’étage de conversion de puissance CV présent dans le chargeur, le circuit secondaire P2 de l’étage de conversion de puissance CV étant relié à la batterie). Concernant la fonction d’activation de l'état de sécurité mis en œuvre par le chargeur embarqué OBC, cette fonction doit être capable, dans le mode charge V2L, de mettre le système en état de sécurité en cas de défaut d'isolation, notamment en cas de défaut d’isolation entre le circuit primaire P1 et le circuit secondaire P2 de l’étage de conversion de puissance CV.In V2L mode, the supply of alternating current is typically achieved by taking electrical energy from the vehicle's high-voltage battery (400 V or 800 V nominal voltage battery – not shown in the figures) and converting it into alternating electric current (using the CV power conversion stage present in the charger, the secondary circuit P2 of the CV power conversion stage being connected to the battery). Concerning the activation function of the safe state implemented by the OBC on-board charger, this function must be capable, in V2L charging mode, of putting the system in a safe state in the event of an insulation fault, in particular in the event of an insulation fault between the primary circuit P1 and the secondary circuit P2 of the CV power conversion stage.

Pour ce faire, et comme illustré sur laFIG. 2, le dispositif de contrôle d’isolation IMD comporte une source de tension continue 12, un diviseur de tension 14, et un étage 16 de filtrage d’une composante de tension alternative.To do this, and as illustrated in the FIG. 2 , the IMD insulation control device comprises a direct voltage source 12, a voltage divider 14, and a stage 16 for filtering an alternating voltage component.

La source de tension continue 12 délivre par exemple une tension continue de sortie Vinjsensiblement égale à 20 V. Dans l’exemple de réalisation particulier représenté sur laFIG. 2, la source de tension continue 12 comporte un convertisseur élévateur 22 et une résistance d’injection de courant Rinj_Lconnectée entre le convertisseur élévateur 22 et l’entrée 14A du diviseur de tension 14. Le convertisseur élévateur 22 est par exemple relié à une carte électronique (non visible sur les figures) qui présente par exemple une tension nominale de 5V et qui est disposée côté basse tension du chargeur OBC. La résistance d’injection de courant Rinj_Lprésente typiquement une valeur de résistance sensiblement égale à 600 kΩ.The DC voltage source 12 delivers, for example, a DC output voltage V inj substantially equal to 20 V. In the particular embodiment shown in the FIG. 2 , the DC voltage source 12 comprises a step-up converter 22 and a current injection resistor R inj_L connected between the step-up converter 22 and the input 14A of the voltage divider 14. The step-up converter 22 is for example connected to an electronic card (not visible in the figures) which has for example a nominal voltage of 5V and which is arranged on the low voltage side of the OBC charger. The current injection resistor R inj_L typically has a resistance value substantially equal to 600 kΩ.

L’entrée 14A du diviseur de tension 14 est reliée à la fois à la source de tension continue 12 et à l’un de la phase L ou du neutre N (la phase L dans l’exemple de réalisation particulier de laFIG. 2). La sortie 14B du diviseur de tension 14 est reliée à l’entrée de l’étage 16 de filtrage d’une composante de tension alternative. Dans l’exemple de réalisation particulier représenté sur laFIG. 2, le diviseur de tension 14 est un pont diviseur de tension muni de deux résistances R1, R2 connectées en série en un point milieu 14B, qui est aussi la sortie du diviseur de tension 14. La borne de la seconde résistance R2 qui n’est pas connectée au point milieu 14B est reliée à la masse GND. Les deux résistances R1, R2 sont avantageusement choisies de telle sorte que le rapport de division du pont diviseur de tension 14 est compris entre 8 et 12, de préférence sensiblement égal à 10.The input 14A of the voltage divider 14 is connected both to the DC voltage source 12 and to one of phase L or neutral N (phase L in the particular embodiment of the FIG. 2 ). The output 14B of the voltage divider 14 is connected to the input of the stage 16 for filtering an alternating voltage component. In the particular embodiment shown in the FIG. 2 , the voltage divider 14 is a voltage divider bridge provided with two resistors R1, R2 connected in series at a midpoint 14B, which is also the output of the voltage divider 14. The terminal of the second resistor R2 which is not connected to the midpoint 14B is connected to the ground GND. The two resistors R1, R2 are advantageously chosen such that the division ratio of the voltage divider bridge 14 is between 8 and 12, preferably substantially equal to 10.

L’étage 16 de filtrage d’une composante de tension alternative est connecté entre la sortie 14B du diviseur de tension 14 et une première entrée CO1 du contrôleur C. Comme illustré sur laFIG. 2, l’étage 16 de filtrage d’une composante de tension alternative comporte typiquement un filtre passe-bas du quatrième ordre, qui se présente sous la forme de deux filtres passe-bas du deuxième ordre 26, 28 reliés en série, de préférence de deux filtres passe-bas du deuxième ordre du type filtres à topologie de Sallen-Key. Comme visible sur laFIG. 2, l’étage 16 de filtrage d’une composante de tension alternative comporte également un amplificateur 30 connecté en sortie du filtre passe-bas du quatrième ordre 26, 28, et un circuit suiveur 32 connecté en sortie de l’amplificateur 30.The stage 16 for filtering an alternating voltage component is connected between the output 14B of the voltage divider 14 and a first input CO1 of the controller C. As illustrated in the FIG. 2 , the stage 16 for filtering an alternating voltage component typically comprises a fourth-order low-pass filter, which is in the form of two second-order low-pass filters 26, 28 connected in series, preferably two second-order low-pass filters of the Sallen-Key topology filter type. As seen in the FIG. 2 , the stage 16 for filtering an alternating voltage component also comprises an amplifier 30 connected to the output of the fourth-order low-pass filter 26, 28, and a follower circuit 32 connected to the output of the amplifier 30.

Un premier filtre passe-bas du deuxième ordre 26 comporte deux résistances R3, R4, deux condensateurs C1, C2, et un amplificateur opérationnel A1. Les résistances R3, R4 et les condensateurs C1, C2 sont par exemple choisis de telle sorte que le premier filtre passe-bas du deuxième ordre 26 présente par exemple une fréquence de coupure sensiblement égale à 7 Hz.A first second-order low-pass filter 26 comprises two resistors R3, R4, two capacitors C1, C2, and an operational amplifier A1. The resistors R3, R4 and the capacitors C1, C2 are, for example, chosen such that the first second-order low-pass filter 26 has, for example, a cut-off frequency substantially equal to 7 Hz.

Les deux résistances R3, R4 sont connectées en série en un point milieu 34, une première résistance R3 étant reliée au point milieu 34, une seconde résistance R4 étant connectée sur l’entrée non inverseuse de l’amplificateur opérationnel A1. Un premier condensateur C1 est connecté entre la masse GND et l’entrée non inverseuse de l’amplificateur opérationnel A1. Un second condensateur C2 est connecté entre le point milieu 34 et la sortie de l’amplificateur opérationnel A1. L’entrée inverseuse de l’amplificateur opérationnel A1 est reliée à la sortie de l’amplificateur opérationnel A1. La résistance R3 est une résistance de mesure de courant, dont la valeur de résistance est par exemple sensiblement égale à 1,2 MΩ.The two resistors R3, R4 are connected in series at a midpoint 34, a first resistor R3 being connected to the midpoint 34, a second resistor R4 being connected to the non-inverting input of the operational amplifier A1. A first capacitor C1 is connected between the ground GND and the non-inverting input of the operational amplifier A1. A second capacitor C2 is connected between the midpoint 34 and the output of the operational amplifier A1. The inverting input of the operational amplifier A1 is connected to the output of the operational amplifier A1. The resistor R3 is a current measuring resistor, the resistance value of which is for example substantially equal to 1.2 MΩ.

Un deuxième filtre passe-bas du deuxième ordre 28 comporte deux résistances R5, R6, deux condensateurs C3, C4, et un amplificateur opérationnel A2. Les résistances R5, R6 et les condensateurs C3, C4 sont par exemple choisis de telle sorte que le deuxième filtre passe-bas du deuxième ordre 28 présente par exemple une fréquence de coupure sensiblement égale à 7 Hz.A second second-order low-pass filter 28 comprises two resistors R5, R6, two capacitors C3, C4, and an operational amplifier A2. The resistors R5, R6 and the capacitors C3, C4 are, for example, chosen such that the second second-order low-pass filter 28 has, for example, a cut-off frequency substantially equal to 7 Hz.

Les deux résistances R5, R6 sont connectées en série en un point milieu 36, une première résistance R5 étant reliée à la sortie de l’amplificateur opérationnel A1, une seconde résistance R6 étant connectée sur l’entrée non inverseuse de l’amplificateur opérationnel A2. Un premier condensateur C3 est connecté entre la masse GND et l’entrée non inverseuse de l’amplificateur opérationnel A2. Un second condensateur C4 est connecté entre le point milieu 36 et la sortie de l’amplificateur opérationnel A2.The two resistors R5, R6 are connected in series at a midpoint 36, a first resistor R5 being connected to the output of the operational amplifier A1, a second resistor R6 being connected to the non-inverting input of the operational amplifier A2. A first capacitor C3 is connected between the ground GND and the non-inverting input of the operational amplifier A2. A second capacitor C4 is connected between the midpoint 36 and the output of the operational amplifier A2.

L’amplificateur 30 comporte typiquement deux résistances R7, R8 connectées en série en un point milieu 38, lui-même relié à l’entrée inverseuse de l’amplificateur opérationnel A2. La borne d’une première résistance R7 qui n’est pas connectée au point milieu 38 est reliée à la masse GND. La borne de la seconde résistance R8 qui n’est pas connectée au point milieu 38 est reliée à la sortie de l’amplificateur opérationnel A2. Les deux résistances R7, R8 sont avantageusement choisies de telle sorte que le gain de l’amplificateur 30 est compris entre 1,5 et 3, de préférence est égal à 2.The amplifier 30 typically comprises two resistors R7, R8 connected in series at a midpoint 38, itself connected to the inverting input of the operational amplifier A2. The terminal of a first resistor R7 which is not connected to the midpoint 38 is connected to ground GND. The terminal of the second resistor R8 which is not connected to the midpoint 38 is connected to the output of the operational amplifier A2. The two resistors R7, R8 are advantageously chosen such that the gain of the amplifier 30 is between 1.5 and 3, preferably equal to 2.

Le circuit suiveur 32 est typiquement constitué d’un amplificateur opérationnel A3 monté en suiveur (entrée inverseuse de l’amplificateur opérationnel A3 reliée à la sortie de l’amplificateur opérationnel A3). L’entrée non inverseuse de l’amplificateur opérationnel A3 est reliée à la sortie de l’amplificateur opérationnel A2. La sortie de l’amplificateur opérationnel A3 est reliée à la première entrée CO1 du contrôleur C via une résistance R9. Un condensateur C5 est connecté entre la masse GND et la première entrée CO1 du contrôleur C.The follower circuit 32 typically consists of an operational amplifier A3 connected as a follower (inverting input of operational amplifier A3 connected to the output of operational amplifier A3). The non-inverting input of operational amplifier A3 is connected to the output of operational amplifier A2. The output of operational amplifier A3 is connected to the first input CO1 of controller C via a resistor R9. A capacitor C5 is connected between ground GND and the first input CO1 of controller C.

Le procédé de contrôle d’isolation selon l’invention est mis en œuvre au moyen d’un dispositif de contrôle d’isolation IMD prévu dans l’architecture électrique du chargeur embarqué OBC, comme on peut le voir sur les figures 1 et 2.The insulation control method according to the invention is implemented by means of an IMD insulation control device provided in the electrical architecture of the OBC on-board charger, as can be seen in Figures 1 and 2.

En référence à laFIG. 3, le procédé de contrôle d’isolation comprend les étapes suivantes.In reference to the FIG. 3 , the insulation control method includes the following steps.

Une première étape E1 consiste à déterminer le mode de charge du chargeur embarqué OBC. Une deuxième étape E2 consiste à déterminer si le mode de charge est un mode véhicule vers charge V2L.A first step E1 consists of determining the charging mode of the OBC on-board charger. A second step E2 consists of determining whether the charging mode is a vehicle-to-V2L charging mode.

Si le mode de charge est un mode véhicule vers charge V2L, alors une troisième étape E3 intervient, et elle consiste à ce que la source de tension continue 12 injecte un courant électrique continu au sein du diviseur de tension 14, le courant électrique continu circulant ensuite dans l’étage 16 de filtrage d’une composante de tension alternative.If the charging mode is a vehicle-to-V2L charging mode, then a third step E3 occurs, and it consists of the DC voltage source 12 injecting a DC electric current into the voltage divider 14, the DC electric current then circulating in the stage 16 for filtering an AC voltage component.

Au cours d’une étape suivante E4, le contrôleur C reçoit un signal de tension V1 (visible sur laFIG. 2) qui est fourni en sortie de l’étage 16 de filtrage d’une composante de tension alternative.During a following step E4, the controller C receives a voltage signal V1 (visible on the FIG. 2 ) which is supplied at the output of stage 16 for filtering an alternating voltage component.

Au cours d’une étape suivante E5, le contrôleur C compare la valeur de tension reçue V1 à une valeur de tension seuil (valeur indicative d’un défaut d’isolation électrique entre les circuits primaire et secondaire P1, P2 de l’étage de conversion de puissance CV).During a following step E5, the controller C compares the received voltage value V1 with a threshold voltage value (value indicative of an electrical insulation fault between the primary and secondary circuits P1, P2 of the power conversion stage CV).

De préférence, si la valeur de tension reçue V1 est supérieure à la valeur de tension seuil sur un intervalle de temps prédéterminé, alors une sixième étape E6 intervient, et elle consiste à ce que le contrôleur C émette un signal de désactivation de la source de tension continue 12. La survenue de cette sixième étape E6 indique que le dispositif de contrôle d’isolation IMD a détecté, a priori, un défaut d’isolation électrique entre les circuits primaire P1 et secondaire P2 de l’étage de conversion de puissance CV (détection qui demande à être confirmée) Si la valeur de tension reçue V1 est inférieure ou égale à la valeur de tension seuil sur l’intervalle de temps prédéterminé, alors la cinquième étape E5 est remise en œuvre.Preferably, if the received voltage value V1 is greater than the threshold voltage value over a predetermined time interval, then a sixth step E6 occurs, and it consists of the controller C emitting a signal to deactivate the DC voltage source 12. The occurrence of this sixth step E6 indicates that the insulation monitoring device IMD has detected, a priori, an electrical insulation fault between the primary P1 and secondary P2 circuits of the power conversion stage CV (detection which requires confirmation). If the received voltage value V1 is less than or equal to the threshold voltage value over the predetermined time interval, then the fifth step E5 is re-implemented.

Afin de confirmer la détection du défaut, au cours d’une étape suivante E7, le contrôleur C émet un signal de réactivation de la source de tension continue 12. Les étapes E3, E4 et E5 sont alors remises en œuvre.In order to confirm the detection of the fault, during a following step E7, the controller C emits a signal to reactivate the direct voltage source 12. Steps E3, E4 and E5 are then re-implemented.

Si, au cours de l’étape de comparaison E5, la valeur de tension reçue V1 est toujours supérieure à la valeur de tension seuil sur l’intervalle de temps prédéterminé, alors une huitième étape E8 intervient, et elle consiste à ce que le contrôleur C émette un signal de désactivation de l’étage de conversion de puissance électrique CV. La survenue de cette huitième étape E8 indique que le dispositif de contrôle d’isolation IMD a détecté de manière certaine un défaut d’isolation électrique entre les circuits primaire P1 et secondaire P2 de l’étage de conversion de puissance CV. Si la valeur de tension reçue V1 est inférieure ou égale à la valeur de tension seuil sur l’intervalle de temps prédéterminé, alors la cinquième étape E5 est remise en œuvre.If, during the comparison step E5, the received voltage value V1 is still greater than the threshold voltage value over the predetermined time interval, then an eighth step E8 occurs, and it consists of the controller C emitting a signal to deactivate the electrical power conversion stage CV. The occurrence of this eighth step E8 indicates that the insulation monitoring device IMD has definitely detected an electrical insulation fault between the primary P1 and secondary P2 circuits of the power conversion stage CV. If the received voltage value V1 is less than or equal to the threshold voltage value over the predetermined time interval, then the fifth step E5 is implemented again.

Il est à noter que les sixième et septième étapes E6, E7 peuvent être optionnelles. Dans le cas où ces étapes E6, E7 ne sont pas mises en œuvre, le procédé passe directement de la cinquième étape E5 à la huitième étape E8.
It should be noted that the sixth and seventh steps E6, E7 may be optional. In the case where these steps E6, E7 are not implemented, the method proceeds directly from the fifth step E5 to the eighth step E8.

Claims (8)

Procédé de contrôle d’isolation entre les circuits primaire (P1) et secondaire (P2) d’un étage de conversion de puissance (CV), le procédé étant mis en œuvre dans un chargeur (OBC) embarqué dans un véhicule, le chargeur (OBC) comprenant :
- ledit étage de conversion de puissance électrique (CV) ;
- un contrôleur (C), relié à l’étage de conversion de puissance électrique (CV) ;
- une phase (L), un neutre (N) et une terre (PE), la phase (L) et le neutre (N) étant reliés au circuit primaire (P1) de l’étage de conversion de puissance électrique (CV) ;
- un dispositif de contrôle d’isolation (IMD) connecté à la phase (L), au neutre (N), à la terre (PE) et au contrôleur (C) dans un circuit électrique, et comportant une source de tension continue (12), un diviseur de tension (14) dont l’entrée (14A) est reliée à la source de tension continue (12) et à l’un de la phase (L) ou du neutre (N), et un étage (16) de filtrage d’une composante de tension alternative, ledit étage (16) de filtrage d’une composante de tension alternative étant connecté entre la sortie (14B) du diviseur de tension (14) et une entrée (CO1) du contrôleur (C) ;
le procédé de contrôle d’isolation comprenant les étapes suivantes :
- une première étape de détermination (E1) d’un mode de charge du chargeur (OBC) ;
- si le mode de charge est un mode du véhicule vers la charge (V2L) :
  • une étape d’injection (E3), par la source de tension continue (12), d’un courant électrique continu au sein du diviseur de tension (14), le courant électrique continu circulant ensuite dans l’étage (16) de filtrage d’une composante de tension alternative ;
  • une étape de réception (E4), par le contrôleur (C), d’un signal de tension (V1) fourni en sortie de l’étage (16) de filtrage d’une composante de tension alternative ;
  • une étape de comparaison (E5), par le contrôleur (C), de ladite valeur de tension reçue (V1) à une valeur de tension seuil, et,
  • si ladite valeur de tension reçue (V1) est supérieure à la valeur de tension seuil sur un intervalle de temps prédéterminé, une étape d’émission (E8), par le contrôleur (C), d’un signal de désactivation de l’étage de conversion de puissance électrique (CV).
Method for controlling insulation between the primary (P1) and secondary (P2) circuits of a power conversion stage (CV), the method being implemented in a charger (OBC) on board a vehicle, the charger (OBC) comprising:
- said electrical power conversion stage (CV);
- a controller (C), connected to the electrical power conversion stage (CV);
- a phase (L), a neutral (N) and an earth (PE), the phase (L) and the neutral (N) being connected to the primary circuit (P1) of the electrical power conversion stage (CV);
- an insulation monitoring device (IMD) connected to the phase (L), the neutral (N), the earth (PE) and the controller (C) in an electrical circuit, and comprising a direct voltage source (12), a voltage divider (14) whose input (14A) is connected to the direct voltage source (12) and to one of the phase (L) or the neutral (N), and a stage (16) for filtering an alternating voltage component, said stage (16) for filtering an alternating voltage component being connected between the output (14B) of the voltage divider (14) and an input (CO1) of the controller (C);
the insulation control method comprising the following steps:
- a first step of determining (E1) a charger charging mode (OBC);
- if the charging mode is a vehicle-to-charge (V2L) mode:
  • a step (E3) of injecting, by the direct voltage source (12), a direct electric current into the voltage divider (14), the direct electric current then circulating in the stage (16) for filtering an alternating voltage component;
  • a step of reception (E4), by the controller (C), of a voltage signal (V1) provided at the output of the stage (16) for filtering an alternating voltage component;
  • a comparison step (E5), by the controller (C), of said received voltage value (V1) with a threshold voltage value, and,
  • if said received voltage value (V1) is greater than the threshold voltage value over a predetermined time interval, a step of transmission (E8), by the controller (C), of a signal for deactivating the electrical power conversion stage (CV).
Procédé de contrôle d’isolation selon la revendication 1, caractérisé en ce que, si le mode de charge est un mode du véhicule vers la charge (V2L) et si ladite valeur de tension reçue (V1) est supérieure à la valeur de tension seuil sur l’intervalle de temps prédéterminé, le procédé comporte en outre une première étape intermédiaire d’émission (E6), par le contrôleur (C), d’un signal de désactivation de la source de tension continue (12), une deuxième étape intermédiaire d’émission (E7), par le contrôleur (C), d’un signal de réactivation de la source de tension continue (12), puis une remise en œuvre desdites étapes d’injection (E3) d’un courant électrique continu, de réception (E4) d’un signal de tension, et de comparaison (E5) de la valeur de tension reçue (V1) à une valeur de tension seuil, l’étape d’émission (E8) d’un signal de désactivation de l’étage de conversion de puissance électrique (CV) étant mise en œuvre si et seulement si, lors de ladite dernière étape de comparaison (E5), la valeur de tension reçue (V1) est toujours supérieure à la valeur de tension seuil sur l’intervalle de temps prédéterminé.Insulation control method according to claim 1, characterized in that, if the charging mode is a vehicle-to-charge mode (V2L) and if said received voltage value (V1) is greater than the threshold voltage value over the predetermined time interval, the method further comprises a first intermediate step of transmission (E6), by the controller (C), of a signal for deactivating the DC voltage source (12), a second intermediate step of transmission (E7), by the controller (C), of a signal for reactivating the DC voltage source (12), then a re-implementation of said steps of injection (E3) of a DC electric current, of reception (E4) of a voltage signal, and of comparison (E5) of the received voltage value (V1) with a threshold voltage value, the step of transmission (E8) of a signal for deactivating the electrical power conversion stage (CV) being implemented if and only if, during said last comparison step (E5), the received voltage value (V1) is always higher than the threshold voltage value over the predetermined time interval. Chargeur (OBC) destiné à être embarqué dans un véhicule, le chargeur comprenant :
- un étage de conversion de puissance électrique (CV) muni d’un circuit primaire (P1) et d’un circuit secondaire (P2) ;
- un contrôleur (C), relié à l’étage de conversion de puissance électrique (CV) ;
- une phase (L), un neutre (N) et une terre (PE), la phase (L) et le neutre (N) étant reliés au circuit primaire (P1) de l’étage de conversion de puissance électrique (CV) ;
- un dispositif de contrôle d’isolation (IMD) connecté à la phase (L), au neutre (N), à la terre (PE) et au contrôleur (C) dans un circuit électrique, et comportant une source de tension continue (12), un diviseur de tension (14) dont l’entrée (14A) est reliée à la source de tension continue (12) et à l’un de la phase (L) ou du neutre (N), et un étage (16) de filtrage d’une composante de tension alternative, ledit étage (16) de filtrage d’une composante de tension alternative étant connecté entre la sortie (14B) du diviseur de tension (14) et une entrée (CO1) du contrôleur (C) ;
caractérisé en ce que le chargeur (OBC) est configuré pour mettre en œuvre les étapes du procédé de contrôle d’isolation selon la revendication 1 ou 2.
Charger (OBC) intended to be embedded in a vehicle, the charger comprising:
- an electrical power conversion stage (CV) provided with a primary circuit (P1) and a secondary circuit (P2);
- a controller (C), connected to the electrical power conversion stage (CV);
- a phase (L), a neutral (N) and an earth (PE), the phase (L) and the neutral (N) being connected to the primary circuit (P1) of the electrical power conversion stage (CV);
- an insulation monitoring device (IMD) connected to the phase (L), the neutral (N), the earth (PE) and the controller (C) in an electrical circuit, and comprising a direct voltage source (12), a voltage divider (14) whose input (14A) is connected to the direct voltage source (12) and to one of the phase (L) or the neutral (N), and a stage (16) for filtering an alternating voltage component, said stage (16) for filtering an alternating voltage component being connected between the output (14B) of the voltage divider (14) and an input (CO1) of the controller (C);
characterized in that the charger (OBC) is configured to implement the steps of the insulation control method according to claim 1 or 2.
Chargeur (OBC) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la source de tension continue (12) comporte un convertisseur élévateur (22) et une résistance d’injection de courant (Rinj_L) connectée entre le convertisseur élévateur (22) et l’entrée (14A) du diviseur de tension (14).Charger (OBC) according to claim 3, characterized in that the direct voltage source (12) comprises a step-up converter (22) and a current injection resistor (R inj_L ) connected between the step-up converter (22) and the input (14A) of the voltage divider (14). Chargeur (OBC) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la résistance d’injection de courant (Rinj_L) présente une valeur de résistance sensiblement égale à 600 kΩ.Charger (OBC) according to claim 4, characterized in that the current injection resistor (R inj_L ) has a resistance value substantially equal to 600 kΩ. Chargeur (OBC) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le diviseur de tension (14) est un pont diviseur de tension muni de deux résistances (R1, R2) connectées en série, les deux résistances (R1, R2) étant telles que le rapport de division du pont diviseur de tension (14) est compris entre 8 et 12, de préférence sensiblement égal à 10.Charger (OBC) according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the voltage divider (14) is a voltage divider bridge provided with two resistors (R1, R2) connected in series, the two resistors (R1, R2) being such that the division ratio of the voltage divider bridge (14) is between 8 and 12, preferably substantially equal to 10. Chargeur (OBC) selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l’étage (16) de filtrage d’une composante de tension alternative comporte une résistance de mesure de courant (R3), la résistance de mesure de courant (R3) présentant une valeur de résistance sensiblement égale à 1,2 MΩ.Charger (OBC) according to any one of claims 3 to 6, characterized in that the stage (16) for filtering an alternating voltage component comprises a current measuring resistor (R3), the current measuring resistor (R3) having a resistance value substantially equal to 1.2 MΩ. Programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de contrôle d’isolation selon la revendication 1 ou 2, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.
A computer program comprising program code instructions for carrying out the steps of the insulation testing method according to claim 1 or 2, when said program is running on a computer.
FR2314458A 2023-12-19 2023-12-19 METHOD FOR CHECKING THE INSULATION OF AN ON-BOARD CHARGER FOR DETECTING AN INSULATION FAULT BETWEEN THE PRIMARY AND SECONDARY CIRCUITS OF A POWER CONVERSION STAGE OF THE CHARGER Pending FR3156916A1 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20120126839A1 (en) * 2009-05-27 2012-05-24 Dipl.-Ing Walther Bender Gmbh & Co. Kg Method and device for monitoring the insulation of ungrounded dc and ac voltage networks
DE102011084362B4 (en) * 2011-03-30 2015-03-05 Bender Gmbh & Co. Kg Electrical protection and monitoring device in an electric vehicle for safe driving and safe charging and regenerative operation of the electric vehicle at a charging station
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