Projet de fin de BUT GEII

Borne de recharge pour véhicule électrique (EVSE)

Dual-core ESP32 + ATmega328P 3 PCB routés sous KiCad RFID · Modbus · MQTT

Mon projet de fin de BUT : conception et réalisation d'un prototype de borne de recharge, de l'électronique de puissance et du signal Control Pilot jusqu'aux firmwares embarqués et à la supervision Home Assistant.

Du prototype au système intégré

Une borne conçue de bout en bout

Ce projet rassemble la conception électronique, le routage des cartes, le développement embarqué et la supervision. La borne identifie l'utilisateur par badge RFID, échange avec le véhicule via le signal Control Pilot, mesure l'énergie consommée et remonte son état en temps réel.

J'ai développé l'architecture, les trois PCB sous KiCad, les firmwares du WT32-ETH01 et de l'ATmega328P, ainsi que la configuration MQTT de Home Assistant.

KiCadC / C++I²CRS485 / ModbusYAML

Prototype final de la borne EVSE, avec l'électronique de commande et les protections électriques — Prototype final : électronique de commande, lecteur RFID, anneau LED et protections électriques.

1. Architecture matérielle Dual-Core

Le système sépare la logique de charge et la connexion réseau des périphériques. Cette répartition simplifie les échanges et garde les entrées de sécurité indépendantes de la supervision.

WT32-ETH01 (ESP32) : connexion Ethernet, machine à états de charge, génération du PWM Control Pilot, lecture des retours CP et PP, commande du contacteur et communication MQTT.
ATmega328P : lecteur RFID RC522, anneau de neuf LED WS2812, mesure d'énergie par compteur Modbus RS485 et lecture de six optocoupleurs.
Bus I²C : le WT32-ETH01 récupère les données du coprocesseur à l'adresse 0x42, dont l'état des capteurs, le badge lu et les mesures électriques.

Électronique intégrée de la borne EVSE avec lecteur RFID, écran LCD et anneau de LED — Électronique intégrée : lecteur RFID, affichage, signalisation lumineuse et cartes de commande.

2. Conception des PCB (KiCad)

J'ai conçu et routé trois cartes sous KiCad, chacune dédiée à une fonction précise :

Carte principale

Elle accueille le WT32-ETH01, pilote le contacteur, génère le PWM et lit les signaux CP+ / CP- ainsi que la résistance du câble via PP.

Carte secondaire

Elle réunit l'ATmega328P, les optocoupleurs et les interfaces des modules RFID, Modbus et LED afin d'isoler les périphériques du microcontrôleur principal.

Carte Control Pilot

Elle adapte le PWM logique 3,3 V en signal ±12 V, puis conditionne les retours analogiques pour les rendre lisibles par l'ADC de l'ESP32.

Carte de conditionnement du signal Control Pilot de la borne EVSE — Carte de conditionnement du signal Control Pilot, routée et assemblée pour le prototype.

Vue de l'intérieur de la borne EVSE montrant les cartes électroniques et leurs connecteurs — Intégration des cartes électroniques et de leurs connecteurs dans le prototype.

3. Gestion de charge et sécurités

Le firmware applique le principe du Control Pilot décrit par l'IEC 61851-1. Il interprète continuellement les tensions de retour et n'autorise la fermeture du contacteur que si les conditions attendues sont réunies.

État A : +12 V continu, aucun véhicule connecté.
État B : +9 V avec PWM à 1 kHz, véhicule connecté et en attente d'autorisation.
État C : +6 V avec PWM à 1 kHz, la charge peut être active.
Vérifications : diode côté véhicule, capacité du câble par Proximity Pilot, présence du réseau et cohérence de l'état du contacteur.

Diagnostic embarqué

Détection des défauts matériels

Les optocoupleurs surveillent les phases en amont et en aval du contacteur. Le programme peut signaler un contacteur resté fermé, une perte de communication I²C ou Modbus, une absence de réseau, un défaut RFID ou un dépassement de courant.

4. Firmware et supervision Home Assistant

Les deux microcontrôleurs exécutent des firmwares dédiés. Le programme du WT32-ETH01 assure la machine à états, la gestion du PWM, des capteurs, du contacteur, de l'affichage LCD et du réseau Ethernet. L'ATmega328P traite les périphériques et transmet leurs données à l'ESP32.

Une interface web locale fournit les informations de diagnostic et permet la mise à jour du firmware. La télémétrie est publiée sous forme de JSON sur home/evse/telemetry.

La configuration YAML Home Assistant transforme cette télémétrie MQTT en capteurs utilisables dans le tableau de bord :

tension, courant, puissance, fréquence et énergie mesurés via Modbus ;
état de la borne, temps de charge, capacité du câble et rapport cyclique PWM ;
état de la session RFID, du contacteur et des liaisons I²C et Modbus.

Prototype intermédiaire de la borne EVSE sur plaque de test — Prototype intermédiaire de la logique de contrôle et supervision via l'interface web.

ESP32ATmega328PKiCadMQTTHome AssistantIEC 61851-1

5. Validation sur véhicules réels

Après la mise au point du prototype, j'ai testé la borne sur les voitures de deux professeurs de l'IUT. Les essais ont confirmé le bon déroulement de la séquence de charge : détection du véhicule, autorisation par badge, basculement des états Control Pilot, fermeture du contacteur et recharge effective.

La borne a fonctionné parfaitement lors de ces tests en conditions réelles, validant ainsi l'ensemble de la conception matérielle et logicielle.

Essai de charge sur véhicule électrique au cours de la validation du prototype — Essai de charge sur un véhicule électrique réel validant le bon fonctionnement du prototype.