- Selon Lem, la démocrisation des applications de charge bi-directionnelle et V2X (véhicule vers tous les autres systèmes) rend indispensable la surveillance du courant résiduel (RCM pour Residual Current Monitoring) pour les applications de recharge AC des véhicules electriques.
- Cet article explique pourquoi il est important de surveiller le courant résiduel, aussi bien au niveau du chargeur mural que du véhicule, afin d’assurer la conformité aux réglementations et normes de sécurité.
Auteur : Clément Amilien, directeur Global Product Management Automotive chez Lem
Le marché des chargeurs muraux AC et des câbles connaît une croissance substantielle, portée par l’adoption croissante des véhicules électriques à l’échelle mondiale. Ces marchés sont arrivés rapidement à maturité et sont caractérisés par des spécifications bien définies et des normes strictes qui garantissent la sécurité et l’efficacité du chargement AC des véhicules. Néanmoins, ces véhicules sont eux-mêmes au cœur de nouveaux enjeux.
A terme, les chargeurs embarqués (OBC pour onboard charger) sans transformateur tendront à s’imposer pour le chargement AC, car ils permettront de réduire la masse et l’encombrement, ainsi que d’améliorer l’efficacité de tous les systèmes embarqués sans perdre de vue la maîtrise des coûts de production. Ces exigences de performance et défis de sécurité, en raison de la présence de tensions et courants élevés, signifient que les dispositifs de surveillance du courant résiduel (RCM) sont en train de devenir un élément de plus en plus important du système.
Le défi actuel provient des nouvelles couches de complexité résultant de l’introduction de la technologie V2X (véhicule vers tous les autres systèmes). Cette technologie bi-directionelle permet à l’énergie stockée dans une batterie de véhicule électrique d’alimenter d’autres véhicules, un foyer, des appareils ménagers, voire le réseau électrique, et non plus seulement le véhicule lui-même.
Ce changement de paradigme a des implications significatives sur la conception et l’utilisation de l’infrastructure de chargement des véhicules, ainsi que sur les circuits et systèmes embarqués. Les systèmes OBC bidirectionnels sont essentiels pour offrir des fonctionnalités V2X et ces systèmes impliquent des solutions de sécurité appropriées pour protéger les utilisateurs contre les chocs électriques. Les OBC bidirectionnels nécessitent des solutions RCM spécifiques, capables de détecter et traiter à la fois des courants AC et DC sans déroger aux nouvelles normes en vigueur, telles que la norme ISO5474.
Le défi des chargeurs embarqués bidirectionnels
La priorité absolue de tout système de recharge de véhicule est de protéger les utilisateurs contre les chocs électriques. L’infrastructure de recharge AC traditionnelle est soumise à des normes strictes et des spécifications claires. Dans un véhicule électrique, la transition vers des des chargeurs embarqués (OBC) sans transformateur ou bidirectionnels présente des complications qui appellent un degré plus élevé de détection du courant résiduel. Plus précisément, les capteurs RCM doivent être insensibles aux champs magnétiques et électriques, gérer les surcharges efficacement et éviter les coupures de circuit intempestives qui perturberaient le processus de recharge.
Les capteurs de surveillance du courant résiduel (RCM) jouent un rôle critique dans la protection des utilisateurs contre les chocs électriques en détectant les courants de fuite et en déclenchant des mécanismes de protection. Dans les applications de recharge de véhicules, les critères sont particulièrement stricts. Ces capteurs doivent détecter les courants de fuite AC et DC, et éviter les fausses alertes risquant d’interrompre la charge.
L’émergence des systèmes OBC bidirectionnels (Fig. 1) ajoute une autre couche de complexité. Ces systèmes doivent appliquer la nouvelle norme ISO5474, qui spécifie des critères de sécurité fonctionnelle pour le transfert de puissance AC dans les véhicules électriques. Les capteurs RCM des systèmes OBC bidirectionnels doivent être conformes à cette norme qui impose la détection haute précision des courants de fuite AC et DC, afin de garantir la sécurité lors des opérations V2X.
CEI 62752, UL2231, IEC62955 et la nouvelle norme ISO5474 imposent la détection des fuites de courant AC et DC lissé. Comme indiqué sur la Fig. 2, on ne peut pas utiliser n’importe quelle solution RCM, car les composants de détection de courant de fuite de type AC, A et F, ne peuvent pas assurer le bon niveau de sécurité. Seul le type B permet de mesurer les courants AC et DC lissé.
Solutions surveillance du courant résiduel
La technologie fluxgate de Lem est adaptée à la détection de courants de fuite AC et DC. Elle convient donc à la surveillance du courant résiduel des applications de recharge des véhicules électriques. Les capteurs RCM Lem, séries CDSR et CDT intègrent notamment de cette technologie fluxgate.
Il est également important de s’assurer que les capteurs RCM fonctionnent correctement. Pour ce faire, les familles CDSR et CDT incluent un auto-test et des diagnostics automatiques (température, détection des courants excessifs, protection contre les sur/sous-tensions, etc.).
Chargeur mural AC et câbles de charge
Les capteurs de courant adapés aux chargeurs muraux AC doivent appliquer les normes internationales de déclenchement (IEC 62752/62955/UL 2231) et s’adapter à une large gamme de puissances de sortie, ainsi que prendre en charge indifféremment les architectures mono et triphasées, afin d’assurer un usage transparent sur les systèmes de charge AC de 3,3 kW à 22 kW.
La technologie fluxgate de mesure sans contact développée par Lem permet aux capteurs CDSR d’assurer la précision requise lors du contrôle des courants AC et DC, et permet de détecter des fuites de courant de seulement 5 mA. Ces capteurs sont disponibles en versions mono et triphasées, afin de s’adapter à de nombreux systèmes de recharge. Leur conception compacte, ainsi que leur forme verticale, simplifient le processus d’intégration.
Le capteur CDT qui vient d’être lancé sur le marché est également basé sur la technologie fluxgate brevetée de Lem. Il convient à la détection des fuites sur les câbles de charge de par sa précision de ±0,5 mA à 5 mA. Le CDT assure le déclenchement dynamique en cas de défaut et offre des fonctions de diagnostic, tout en étant conforme aux normes en vigueur.
Le capteur CDT est disponible en versions mono et triphasées. Ce qui lui permet de s’adapter à différentes configurations de câbles de charge. Ses fonctions de diagnostic et ses capacités de déclenchement dynamique suite à un défaut visent à optimiser les performances et la sécurité des solutions de charge.
Transition vers des chargeurs embarqués (OBC) et bidirectionnels
La transition vers des systèmes OBC bidirectionnels, qui permet d’utiliser les batteries des véhicules comme source d’alimentation de différentes applications (V2X), met en évidence les besoins en capteurs RCM de type B conçus pour l’automobile et conformes ISO 26262 (ASIL B), ainsi que ISO5474. Le capteur CDT-SF de Lem entend répondre à ces attentes. Il propose deux canaux de mesure indépendants, des fonctionnalités d’auto-diagnostic, le niveau de précision requis et des rapports d’erreur détaillés via le bus SPI. Ses deux canaux de mesure indépendants assurent la redondance et renforcent la fiabilité, tandis que sa capacité d’auto-diagnostic et ses rapports d’erreur détaillés visent à garantir des performances et une sécurité optimales. Ce capteur permet de réaliser des tests externes, notamment pour la sécurité.
La fonctionnalité de déclenchement dynamique permet aux ingénieurs système de fixer un seuil en fonction des exigences régionales et normatives. Ce qui permet d’utiliser ce capteur sur différents marchés et dans plusieurs applications, ainsi que d’adapter le système et d’améliorer l’efficacité lors du basculement de la charge V2L (véhicule pour recharger) vers V2G (véhicule vers réseau).
