- À mesure que les véhicules électriques se généralisent et évoluent vers des systèmes haute tension, la technologie et les solutions pour la mesure du courant deviennent jouent un rôle crucial pour optimiser leur efficacité et maintenir le plus haut niveau de sécurité.
- Lem explique pourquoi les solutions de mesure de courant appropriés s’avèrent indispensables aux chargeurs embarqués (OBC), aux modules de conversion de puissance et de courant ainsi qu’aux systèmes de gestion de batterie et au contrôle des moteurs du véhicule électrique.
Charles Flatot-Le Bohec, Responsable Produit Global pour l’e-mobilité, Lem
L’efficacité et la sécurité figurent parmi les principales exigences dans la conception des véhicules électriques (VE). Ce deux aspects sont influencés par les évolutions des technologies de batteries et des architectures des véhicules, et chaque changement impose une surveillance étroite du courant prélevé aux points critiques du système – depuis le processus de charge des batteries jusqu’au contrôle des moteurs haute puissance du véhicule.
Les capteurs de courant au cœur du système
Les capteurs de courant jouent un rôle majeur dans le développement et l’amélioration des véhicules électriques et se retrouvent dans tout l’écosystème – des chargeurs embarqués (OBC), dans les étapes de conversion de puissance et de courant, jusqu’aux systèmes de gestion de batterie et au contrôle des moteurs du véhicule électrique. Ils garantissent la sécurité des batteries et la gestion efficace des hautes tensions en jeu. Les capteurs de courant font également partie des composant développés pour l’infrastructure de recharge des véhicules électriques, qu’elle soit domestique ou commerciale.
La sécurité des systèmes et des composants embarqués est assurée par le système de gestion de batterie, où des capteurs de courant haute précision sont nécessaires pour mesurer et surveiller l’état des batteries et permettre une estimation précise de l’autonomie. Un capteur de courant y contrôle le courant entrant et sortant de la batterie, afin de vérifier son état de charge et de santé. Il peut également contribuer à l’architecture de sécurité du système de gestion de batterie en fonction de sa conformité ASIL. Pour répondre à ce type de besoins, Lem propose la série de capteur de courant CAB, basés sur sa technologie Fluxgate. Ces composants constituent des solutions de mesure de courant pour les packs de batteries haute tension, avec des plages de 500 A et 1500 A en courant continu et une mesure bidirectionnelle jusqu’à 1500 A. Ils sont très économes en énergie, tout en offrant une précision inférieure à 0,5 %, un offset inférieur à 50 mA) et une conformité aux exigences de la norme ISO26262 ASIL C.
Les capteurs de courant jouent également un rôle important dans le contrôle des moteurs, où ils surveillent le flux de courant dans les enroulements du moteur pour un contrôle approprié, ainsi qu’une protection contre les courants excessifs. Typiquement, quatre capteurs interviennent dans cette situation : un au niveau de l’entrée et un pour chacune des trois phases du moteur en sortie, leurs signaux étant ensuite utilisés dans une boucle de contrôle pour optimiser le système.
Les dispositifs à effet Hall des séries HC16F et HAH3 de Lem réalisent les mesures de courant requises pour les applications de contrôle moteur monophasé ou triphasé. La famille HC16F a été spécifiquement conçue pour la mesure de courants continus, alternatifs ou pulsés dans des systèmes automobiles haute puissance, tandis que la famille HAH3 regroupe des capteurs de courant triphasés, mesurant des courants continus, alternatifs et pulsés dans des environnements haute puissance et basse tension.
Capteurs de courant dans les chargeurs embarqués
Les chargeurs embarqués étant également l’interface avec l’utilisateur final, la sécurité haute tension est essentielle à ce niveau et en particulier la surveillance des courants de fuite. Les capteurs de courant sont une partie cruciale des chargeurs embarqués, surtout dans les chargeurs embarqués bidirectionnels, où il est nécessaire non seulement de mesurer et contrôler le courant entrant et sortant du véhicule, mais aussi de surveiller avec précision les courants de fuite AC et DC lissés afin d’assurer la sécurité de l’utilisateur. Pour éviter les risques électriques lorsque le véhicule est connecté au réseau AC, il est important que les courants AC et DC soient correctement détectés.
Le courant résiduel est la somme des courants de tous les conducteurs (sauf la terre) qui alimentent le système. Ces courants peuvent provenir de défauts d’isolation ou de fuites. Dans les applications de recharge des véhicules électriques, les exigences sont particulièrement strictes pour détecter à la fois les courants de fuite AC et DC. Un dispositif de protection contre les courants résiduels de type B détecte les courants résiduels AC et DC. Avec un chargeur embarqué bidirectionnel, un RCD de type A peut être compromis si un courant de défaut DC dépasse 6 mA. Le dispositif peut ne pas détecter ou déclencher correctement, ce qui pourrait entraîner un choc électrique. Seul un dispositif de protection contre les courants résiduels de type B peut mesurer et détecter les courants AC et DC lissés.
Le capteur de courant de la gamme CDT de Lem a été conçu pour assurer la fonction de dispositif de détection et de mesure des courants résiduels, de type B, pour les chargeurs embarqués bidirectionnels. Il vérifie les différences de courant entre deux points, ce qui lui permet de détecter rapidement les défauts. Les sections où le défaut se produit peuvent alors être isolées pour éviter les dommages.
Ce capteur, conforme aux exigences de la norme ISO26262 ASIL B, convient aux systèmes chargeurs embarqués bidirectionnels. Il est ainsi possible d’accélérer le lancement des solutions sur le marché en se conformant directement à la nouvelle norme ISO5474 pour les chargeurs embarqués bidirectionnels.
Recharge AC
Il existe plusieurs façons de recharger un véhicule électrique, allant de la recharge privée, nocturne, à la recharge rapide publique en cours de trajet. La recharge privée à domicile est plus abordable, de faible puissance et principalement nocturne. La recharge sur le lieu de travail ou, par exemple, à l’hôtel, peut être plus courte, environ six heures, puis la vitesse de recharge augmente dans les points publics comme les stations sur autoroute, permettant aux propriétaires de véhicules de recharger leur voiture en quelques minutes. La puissance de recharge à domicile et sur le lieu de travail peut être de 7,4 à 22 kW AC, tandis que la recharge en station en cours de trajet est de type DC, typiquement supérieure à 100 kW.
La recharge AC nécessite une surveillance des courants résiduels et une mesure du courant de sortie, tandis que la recharge DC exige également une mesure du courant dans le module AC/DC pour la facturation énergétique.
Un dispositif de protection contre les courants résiduels de type A est conçu pour détecter les courants de fuite et couper le circuit qu’il surveille pour la sécurité. Cependant, ce type de dispositif est sensible à ce que l’on appelle « l’effet d’aveuglement », qui se produit lorsqu’il interprète incorrectement une fuite DC comme un courant AC normal, le rendant moins efficace pour détecter les défauts réels. Remplacer un dispositif de protection contre les courants résiduels de type A par un type B est une solution appropriée, car le type B détecte avec précision les courants résiduels AC et DC, éliminant l’effet d’aveuglement associé aux dispositifs de protection contre les courants résiduels de type A.
Un capteur de courant de fuite DC comme le modèle CDSR de Lem peut être utilisé à l’intérieur du câble de recharge (niveau 1) ou de la borne murale (niveau 2). Il a été développé pour répondre à la demande du marché pour les stations de recharge résidentielles et commerciales, avec des options pour des topologies monophasées ou triphasées.
Recharge DC
Il existe principalement deux types de chargeurs DC : les chargeurs rapides le long du trajet et les points de recharge à destination. La différence entre eux réside dans la puissance délivrée et la vitesse de recharge. Les chargeurs rapides DC haute puissance peuvent recharger jusqu’à 80 % de la batterie d’un véhicule électrique en moins de 30 minutes, ce qui les rend adaptés à la recharge rapide en cours de trajet, généralement disponible dans les stations publiques. En comparaison, les chargeurs DC de destination ont une puissance plus faible. Plusieurs heures sont nécessaires pour recharger la batterie, mais ils sont plus abordables.
Une partie essentielle des chargeurs DC est leur module AC/DC, qui convertit le courant alternatif du réseau en courant continu pour que la batterie du véhicule électrique puisse le stocker et l’utiliser. À mesure que la recharge devient plus rapide, la densité de puissance dans les stations de recharge augmente. Certaines contiennent plusieurs modules de puissance (convertisseurs AC/DC), chacun nécessitant des capteurs de courant.
Lem propose différents types de capteurs de courant pour les systèmes de recharge DC, notamment ses capteurs de courant intégrés des gammes GO et HMSR, les capteurs à boucle ouverte HLSR, les capteurs CKSR basés sur la technologie Fluxgate de Lem, ainsi que les capteurs LKSR à boucle fermée. Les capteurs de surveillance de courant résiduel Fluxgate de type B conviennent aux systèmes de recharge haute tension, car ils offrent la meilleure combinaison de sensibilité et d’immunité aux champs électriques environnants. Les capteurs Fluxgate des gammes CDSR et CDT peuvent identifier à la fois les défauts AC et les courants résiduels DC qui apparaissent dans les systèmes de recharge haute tension pour véhicules électriques.
La recharge DC – en particulier dans les lieux publics – doit également fournir une mesure précise de l’énergie pour les sessions de recharge et, par conséquent, pour la facturation. Le processus de mesure de l’énergie délivrée est réglementé par la métrologie, afin de garantir la précision et la fiabilité des mesures. Cette réglementation est cruciale, car elle garantit la performance du système et protège l’utilisateur final contre d’éventuelles divergences dans la facturation énergétique.
Lem propose une famille de produits pour les systèmes de recharge rapide DC et les systèmes de recharge DC de destination. Parmi eux figurent les solutions pour la facturation énergétique DCBM 400, DCBM 600 et DCBM 100, intégrant une mesure de courant, ainsi que la fonction de calcul et d’affichage.
