Discussion sur le schéma de détection des fuites dans le système V2G du véhicule électrique

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Avec le développement rapide des véhicules électriques, le schéma V2G est constamment mentionné. Son idée de base est d'utiliser un grand nombre de stockage d'énergie des véhicules électriques comme tampon du réseau électrique et des énergies renouvelables. Lorsque la charge du réseau électrique est trop élevée, le stockage d'énergie des véhicules électriques alimentera le réseau électrique, et lorsque la charge du réseau électrique est trop faible, il sera utilisé pour stocker la production d'électricité excédentaire du réseau électrique afin d'éviter le gaspillage. Dans le cadre de la technologie V2G, les véhicules électriques peuvent réaliser la fonction de recharge mutuelle avec le réseau électrique. De cette façon, les utilisateurs de véhicules électriques peuvent charger des véhicules à bas prix de l'électricité et vendre la puissance des véhicules électriques au réseau électrique à des prix élevés de l'électricité, afin de gagner un revenu. Pour les entreprises de réseau électrique, en cas de pénurie d'électricité, il peut réduire la pression de puissance et équilibrer la charge du réseau électrique, afin d'assurer l'efficacité de fonctionnement du réseau électrique.

L'une des technologies clés du V2G est le développement du chargeur bidirectionnel haute puissance. Pour les constructeurs automobiles, le chargeur embarqué nécessite un faible volume, un faible poids, un faible coût et une bonne fiabilité. À l'heure actuelle, la topologie du chargeur grand public est composée d'un redresseur incontrôlable triphasé et d'un convertisseur DC / DC isolé par transformateur haute fréquence. Ce chargeur avec transformateur d'isolement a un grand volume, une faible efficacité de conversion et un coût élevé. Par conséquent, l'utilisation d'un chargeur non isolé est la direction de développement dominante à l'heure actuelle. Un chargeur haute puissance bidirectionnel adopte une nouvelle topologie, comme le montre la figure ci-dessous Fig. 1.

Fig. 1 Topologie d'un chargeur efficace à facteur de puissance élevé

Il se compose d'un redresseur PWM à source de tension triphasée à l'étage avant et d'un circuit hacheur réversible de courant à l'étage arrière. Le circuit CC/CC du hacheur réversible de courant de l'étage ultérieur peut être compris comme un circuit composite composé d'un circuit élévateur et d'un circuit abaisseur. Le circuit peut non seulement réaliser le flux direct du circuit, mais également réaliser le flux inverse du courant, de manière à réaliser le flux bidirectionnel de l'énergie de l'ensemble du chargeur.

En raison de la topologie CC / CC non isolée, le transformateur haute fréquence est supprimé, l'efficacité de conversion est améliorée et le coût et les pertes du système sont réduits. Cependant, une situation que nous devons considérer est le problème de fuite de l'ensemble du système. En tant que dispositif électronique de puissance complexe, le problème de fuite du chargeur haute puissance bidirectionnel est difficile à éviter. Il est nécessaire de limiter les fuites à une certaine plage grâce à une bonne stratégie de contrôle dans la conception. Sinon, il y a des risques pour le réseau électrique, l'appareil lui-même ou la sécurité des personnes et des biens. Dans le même temps, il est également nécessaire d'adopter un moyen de protection de base pour éviter les dommages causés par les fuites lorsque la fuite dépasse les attentes.

Fig. 2 Circuit pilote de commande d'entrée moteur embarqué

La fig.2 ci-dessus est interceptée dans le chargeur de bord conducteur QC / T 895-2011 pour véhicules électriques, qui reflète le modèle général de la connexion entre le réseau électrique et le chargeur. Le chargeur embarqué alimente le chargeur embarqué des véhicules électriques via le câble de charge. Le chargeur embarqué convertit le courant alternatif connecté en courant continu pour charger la batterie de stockage. Lors de l'alimentation du réseau électrique, la batterie convertit le courant continu en courant alternatif via le chargeur embarqué et renvoie au réseau électrique via le câble de charge. Un protecteur de courant de fuite est installé à l'intérieur de l'équipement d'alimentation (pile de charge) pour protéger l'ensemble du réseau électrique et le processus d'échange d'énergie des véhicules électriques. Le protecteur de courant de fuite est également appelé protecteur de courant résiduel (RCD). Le RCD est le moyen de protection de base, sa fiabilité est donc très importante.

Comme nous le savons tous, le système d'alimentation a un système triphasé à trois fils et un système triphasé à quatre fils. La Commission électrotechnique internationale (CEI) stipule le système TT, le système TN et le système informatique. Lors de l'utilisation de ce chargeur haute puissance bidirectionnel, la limitation du transformateur d'isolement DC / DC est perdue et la batterie est la première à gagner en liberté, qui n'est plus isolée du système. Par conséquent, pendant l'utilisation à long terme de la batterie, si le bus CC présente une défaillance d'isolation, la fuite sera renvoyée du côté CA via la ligne PE de mise à la terre du corps. En prenant la fuite positive du bus CC de la batterie comme exemple, le modèle de fuite est illustré sur la figure 3 ci-dessous.

Fig. 3 Modèle de fuite du court-circuit positif de la batterie à la terre

Comme nous pouvons le voir, la fuite positive du bus CC de la batterie est renvoyée du côté CA pour former un circuit. Ce courant continu inattendu affectera l'ensemble du système. Si nous simulons le circuit équivalent, nous constaterons que tout le courant de charge est déformé, ce qui entraîne une réduction de l'efficacité de charge et même de la durée de vie de la batterie. Plus sérieusement, si la ligne PE est déconnectée et que le fil de mise à la terre est manquant, cette partie du courant peut traverser le corps humain et causer des dommages au corps humain. Si le courant continu pénètre dans le réseau électrique, les conséquences seront inimaginables et nuiront à l'ensemble du réseau de distribution. Par conséquent, lorsqu'une fuite de courant continu se produit, le circuit doit être déconnecté, l'appareil doit être vérifié et la fonction de détection de fuite et de déconnexion du circuit est naturellement complétée par le protecteur de courant résiduel (RCD).

Dans la norme CEI 61851-1-2017, les exigences de protection pour le courant résiduel sont : chaque point de connexion CA doit être protégé séparément par un équipement à courant résiduel (RCD), le RCD protégeant chaque point de connexion doit au moins répondre aux exigences du type a RCD, et son courant de fonctionnement résiduel nominal ne doit pas dépasser 30 mA. Lorsque la borne de recharge pour VE contient une prise ou un connecteur de véhicule conforme à la norme CEI 62196, des mesures de protection supplémentaires doivent être prises pour un courant de défaut CC régulier. La protection contre les courants de fuite doit être au moins de type B ou de type A, et peut être séparée lorsque le courant dépassant 6mA / DC est détecté.

Fig.4 L'ancienne Vision comparée à la nouvelle Vision de la CEI 61851-1

Pour comprendre pourquoi détecter un DC 6mA lisse, nous devons partir de la norme et de la sécurité. L'essence de la protection contre les courants de fuite de la pile de charge est introduite dans la norme IEC61851, à savoir "la protection contre les chocs électriques". Ni les normes de sécurité nationales ni les normes de sécurité étrangères ne fixent un courant continu de 6 mA en tant que courant de protection de la sécurité du corps humain, car un si petit courant ne causerait pas de dommages au corps humain. La raison de sa détection est également très simple. L'existence excessive d'une composante CC lisse conduira à la saturation précoce de l'anneau magnétique de type a, et conduira finalement à la détection inexacte de la fuite CA par une protection contre les fuites de type a.

Exigences de résistance de différentes protections contre les fuites pour lisser les fuites CC dans les spécifications internationales :

1) Type AC : il ne peut pas être détecté dans l'environnement avec une fuite continue continue

2) Type A : il ne peut fonctionner que dans l'environnement avec une fuite CC lisse inférieure à 6 mA.

3) Type F : il ne peut fonctionner que dans l'environnement avec une fuite CC lisse inférieure à 10 mA

4) Type B : sensible aux fuites CC lisses

Conclusion : Le but de la détection de DC 6mA lisse est d'assurer la précision de la protection contre les fuites de type a.

Par conséquent, il est très nécessaire de détecter et de protéger le DC 6mA lisse sur la base de l'inspection théorique de type A, car la protection contre les fuites de type A n'est pas conçue pour la scène de la pile AC, et des composants DC lisses excessifs peuvent conduire à l'aveuglement de type une protection contre les fuites. Il est donc nécessaire de patcher cette détection au bogue.

Le type B est déjà une mesure complète de protection contre les fuites à couverture complète. Il est sensible aux fuites DC lisses et n'a pas besoin d'être patché. S'il est ajouté, il augmentera la probabilité de mauvais fonctionnement de la protection contre les fuites pendant la charge du véhicule électrique car la valeur de protection du courant continu 6mA lisse est vraiment très faible.

Dans le processus de réalisation du V2G du véhicule électrique, nous devons considérer comment réaliser l'intégration et la miniaturisation, et également prendre en compte tous les composants de l'ensemble du système. En observant la situation actuelle et l'orientation future du développement du domaine des véhicules électriques, du point de vue de la protection contre les fuites, nous devons de toute urgence mettre à niveau le type actuel de protecteur de courant résiduel vers le type B, ce qui est une pratique responsable pour l'ensemble de l'industrie.

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