Titre de l'invention :

SYSTEME ELECTRIQUE ET PROCEDE DE DIAGNOSTIC DE CONNEXION ELECTRIQUE DEFAILLANTE DANS UN SYSTEME ELECTRIQUE

La présente invention revendique la priorité de la demande française 1905983 déposée le 06.06.2019 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.

L’invention concerne de manière générale la sécurité électrique dans les dispositifs et systèmes électriques. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un procédé de protection d’un système électrique en cas de connexion électrique défaillante. L’invention se rapporte aussi à un système électrique, notamment de véhicule automobile, dans lequel est mis en oeuvre le procédé susmentionné.

La sécurité électrique est un facteur important dans la conception automobile, surtout en présence de tensions et d'intensités élevées comme cela peut être le cas dans les véhicules à traction électrique.

Dans un système électrique, une connexion électrique défaillante peut être la cause d’un problème de sécurité. En effet, il peut en résulter des risques pour les personnes lorsque la tension est élevée, par exemple en cas déconnexion totale d’un connecteur, ainsi que des risques d’emballement thermique du fait d’une connexion électrique trop résistive, ou d’arc électrique, conduisant à la destruction d’une partie du système ou à un incendie.

Dans l’état de la technique, Il est connu un connecteur équipé d’un dispositif qui verrouille le connecteur et empêche tout mouvement après que celui-ci ait été correctement mis en place. Le verrouillage du connecteur peut présenter une certaine complexité pour un opérateur. Cette solution est dépendante du facteur humain et peut conduire à des connexions incomplètes ou non verrouillées.

Il est également connu un connecteur équipé d’un capteur de branchement, dit « interlock line », qui autorise le diagnostic d’une déconnexion de connecteur par détection de l’ouverture d’un circuit fermé séparé intégré dans le connecteur à sa conception. Le circuit « interlock line » détecte la déconnexion et envoie un signal d’alerte. Les documents TW201608778A et CN105128679A décrivent des circuits de ce type qui indiquent un état de contact ou de non-contact. Cette solution de la technique antérieure présente l’inconvénient d’une sensibilité aux perturbations électromagnétiques qui augmente la probabilité de fausses détections.

Par le document EP0829731 A, il est connu un système de contrôle de l'intégrité de connexions électriques qui comprend un transformateur ayant un enroulement primaire couplé entre un ensemble à deux prises de contact et un enroulement secondaire couplé à la fois à une source d'énergie et à un circuit de contrôle. La source d'énergie, sous la forme d’un oscillateur radiofréquence, alimente l’enroulement secondaire du transformateur qui est connecté au circuit de contrôle. Un circuit de référence en courant est couplé à l’enroulement secondaire du transformateur et comporte une sortie couplée à la source d'énergie et au circuit de contrôle. Lorsque le contact est établi, l'impédance de l’enroulement secondaire prend une valeur basse qui est détectée par le circuit de contrôle.

Il est souhaitable de palier aux inconvénients de la technique antérieure en proposant un nouveau procédé pour sécuriser un système électrique vis-à-vis des risques électriques, par un diagnostic précoce et économiquement avantageux de connexions électriques défaillantes.

Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de diagnostic de connexion électrique défaillante dans un système électrique comprenant au moins une source de puissance électrique et au moins un composant électrique reliés électriquement à travers un commutateur électrique, le procédé comprenant les étapes de a) mesurer des première et deuxième tensions électriques présentes entre des bornes de la source de puissance électrique et du composant électrique, b) calculer un écart de tension entre les première et deuxième tensions électriques, c) comparer l’écart de tension à un seuil de tension prédéterminé, d) diagnostiquer une connexion électrique défaillante entre la source de puissance électrique et le composant électrique en fonction du résultat de la comparaison, et e) commander une ouverture du commutateur électrique et/ou une émission d’un signal d’alerte dans le cas où une connexion électrique défaillante est diagnostiquée.

Selon une caractéristique particulière, la connexion électrique est diagnostiquée défaillante lorsque l’écart de tension excède le seuil de tension prédéterminé pendant au moins une durée prédéterminée.

Selon une autre caractéristique particulière, le seuil de tension est prédéterminé égal à une chute de tension maximale normale entre la source de puissance électrique et le composant électrique lorsque la connexion électrique est normale, multipliée par un facteur de marge de sécurité.

Selon encore une autre caractéristique particulière, la chute de tension maximale normale est égale au produit d’un courant électrique maximal pouvant circuler entre la source de puissance électrique et le composant électrique lorsque la connexion électrique est normale et d’une résistance électrique nominale du circuit électrique entre la source de puissance électrique et le composant électrique.

Selon encore une autre caractéristique particulière, dans un système électrique comprenant une source de puissance électrique et une pluralité de composants électriques reliés électriquement à travers un commutateur électrique à la source de puissance électrique, le procédé selon l’invention prévoit que le diagnostic d’une connexion électrique défaillante entre la source de puissance électrique et au moins un des composants électriques provoque une commande d’ouverture du commutateur électrique pour au moins le circuit électrique dans lequel est diagnostiquée la connexion électrique défaillante et/ou l’émission d’au moins un signal d’alerte.

L’invention concerne aussi un système électrique comprenant au moins une source de puissance électrique et au moins un composant électrique reliés électriquement à travers un commutateur électrique, le commutateur électrique étant piloté en commutation par une unité électronique de commande. Conformément à l’invention, la source de puissance électrique et le composant électrique comportent chacun un dispositif de mesure de tension mesurant une tension électrique à leurs bornes et l’unité électronique de commande comprend une mémoire stockant des instructions de programme pour la mise en oeuvre du procédé tel que décrit brièvement ci-dessus.

L’invention concerne aussi un véhicule automobile comprenant le système électrique susmentionné.

D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières de l’invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

[Fig.1 ] La Fig.1 est un bloc-diagramme d’une forme de réalisation particulière d’un système électrique dans lequel est mis en oeuvre le procédé selon l’invention.

[Fig.2] La Fig.2 est un logigramme montrant différentes étapes fonctionnelles du procédé selon l’invention.

En référence à la Fig.1 , il est maintenant décrit, à titre d’exemple, une forme de réalisation particulière 1 d’un système électrique dans lequel est mis en oeuvre le procédé selon l’invention.

Comme montré à la Fig.1 , le système électrique 1 comprend une source de d’énergie électrique 10, un commutateur 1 1 , une pluralité de composants électriques, ici trois composants électriques 12i à 1 23, et une unité électronique de commande 13.

La source de puissance électrique 10 est, par exemple, une batterie d’accumulateurs telle qu’une batterie de traction dans un véhicule électrique ou hybride. La source de puissance électrique 10 est équipée d’un dispositif de mesure de tension 100 mesurant une tension d’alimentation Ub aux bornes de la source 10.

Le commutateur 1 1 est disposé entre la source de puissance électrique 10 et les composants électriques 12i à 123 et est commandé en commutation par l’unité électronique de commande 13, à travers une commande de commutation CDC délivrée par celui-ci. Le commutateur 1 1 pourra être, par exemple, intégré dans la source de puissance électrique 10 ou séparé de celle-ci.

Le commutateur 1 1 autorise ou interdit le passage de courants électriques de puissance 11 à I3 entre la source de puissance électrique 10 et les composants électriques 12i à 123 selon l’état fermé ou ouvert dans lequel il se trouve. Le commutateur 1 1 est ainsi un moyen de couper la transmission de la puissance électrique entre la source de puissance électrique 10 et les composants électriques 12i à 12s.

Selon la forme de réalisation, les courants électriques de puissance 11 à I3 pourront être commutés individuellement ou collectivement. Dans le premier cas, le commutateur 1 1 comprendra typiquement trois contacteurs électriques, ou interrupteurs électroniques de puissance, commandés individuellement en commutation. Dans le second cas, le commutateur 1 1 comprendra typiquement un contacteur électrique, ou interrupteur électronique de puissance, ou plusieurs de ceux- ci en parallèle, pour passer l’intensité, commandés simultanément en commutation.

Les composants électriques 12i à 123 sont des consommateurs électriques et/ou des générateurs électriques, comme par exemple, dans un véhicule automobile, un moteur électrique, un alternateur électrique ou une machine électrique tournante réversible d’hybridation.

Les composants électriques 12i à 123 sont équipés de dispositifs de mesure de tension 120i à 1203 mesurant des tensions d’alimentation Uc1 à Uc3 à leurs bornes, respectivement.

Les composants électriques 12i à 123 sont connectés électriquement à la source de puissance électrique 10, via le commutateur 1 1 , par des liaisons d’alimentation électrique LP1 à LP3 dans lesquelles circulent les courants électriques 11 à I3, respectivement.

L’unité électronique de commande 13 comporte une mémoire MEM dans laquelle est hébergé un module logiciel LOG pour la mise en oeuvre du procédé selon l’invention. Le procédé selon l’invention est mis être mis en oeuvre par l’exécution d’instructions de code de programme du module logiciel, par un processeur (non représenté) de l’unité 13.

L’unité électronique de commande 13 est reliée aux dispositifs de mesure de tension 100 et 120i à 1203 par des liaisons de signal LSb et LS1 à LS3, respectivement. A travers ces liaisons de signal LSb et LS1 à LS3, l’unité électronique de commande 13 configure des mesures périodiques des tensions d’alimentation Ub et Uc1 à Uc3 par les dispositifs 100 et 120i à 1203 et reçoit en entrée ces tensions d’alimentation Ub et Uc1 à Uc3 mesurées, respectivement.

Le principe de l’invention repose sur la détection d’une chute de tension excédentaire, due à une résistance électrique accrue anormale entre un composant électrique et la source de puissance électrique, pour diagnostiquer une connexion électrique défaillante entre ceux-ci. En effet, lorsque des contacts électriques se séparent progressivement dans un connecteur, la résistance électrique entre eux augmente, car leur surface de contact diminue, et produit une chute de tension supplémentaire dans le circuit électrique. De même, lorsqu’un arc électrique se produit dans un circuit électrique entre deux extrémités de contact, une chute de tension accrue apparaît entre ces deux extrémités.

La loi d’Ohm permet de calculer la chute de tension normale attendue entre la source de puissance électrique 10 et le composant électrique considéré 12i, 122 ou 123, lorsqu’un courant électrique circule dans le circuit électrique formé entre eux et dont la résistance nominale est connue par conception. Lorsqu’une chute de tension supérieure à la chute de tension normale attendue est mesurée entre la source de puissance électrique 10 et le composant électrique considéré 12i , 122 ou 123, l’excédent de chute de tension détecté est dû à une résistance parasite qui s’ajoute à la résistance nominale du circuit électrique et qui est révélatrice d’une connexion électrique défaillante. Le procédé selon l’invention et le fonctionnement du système électrique 1 sont maintenant décrits en référence aussi à la Fig.2.

Différentes étapes fonctionnelles du procédé selon l’invention sont représentées à la Fig.2 par des blocs EO à E4.

Le bloc EO correspond à un état initial du système électrique 1 dans un mode de fonctionnement nominal dans lequel le commutateur 1 1 est fermé et les composants électriques 12i , 1 22 et 123 sont alimentées par la source de puissance électrique 10 avec les courants 11 , I2 et I3.

Le bloc E1 correspond aux mesures périodiques des tensions d’alimentation Ub et Uc1 à Uc3 de la source de puissance électrique 10 et des composants électriques 12i , 122 et 123 par les dispositifs de mesure de tension 100 et 120i , 1202 et 1203. Les tensions d’alimentation Ub et Uc1 à Uc3 mesurées sont transmises à l’unité électronique de commande 13 pour être lues par le module logiciel LOG.

Dans le bloc E2, le processus de commande du module logiciel LOG calcule des écarts de tension EV1 à EV3 entre la tension Ub et les tensions Uc1 à Uc3, à savoir, EV1 =Ub-Uc1 , EV2=Ub-Uc2 et EV3=Ub-Uc3.

Dans le bloc conditionnel E3, le processus de commande du module logiciel LOG compare respectivement les écarts de tension EV1 à EV3 à des seuils de tension TH1 à TH3 préalablement définis.

Dans le cas (N) où le processus ne détecte aucun dépassement significatif des seuils de tension TH1 à TH3 par les écarts de tension EV1 à EV3, le processus de commande maintient le système électrique 1 dans son mode de fonctionnement nominal et boucle sur le bloc EO.

Le bloc E4 correspond au cas (Y) où au moins un des écarts de tension EV1 à EV3 est détecté dans le bloc E3 comme étant supérieur à un seuil de tension correspondant parmi les seuils de tension TH1 à TH3. Le dépassement de seuil de tension est confirmé lorsque celui-ci est constaté pendant une durée D supérieure à une durée de confirmation prédéterminée DT. Lorsqu’un dépassement de seuil validé est détecté, le processus de commande diagnostique alors une connexion électrique défectueuse dans le circuit électrique du ou des composants électriques concernés et peut décider d’émettre un signal l’alerte AL (AL= « 1 ») et/ou d’activer la commande de commutation CDC (CDC = « 1 ») pour commuter en ouverture le commutateur 1 1 . L’émission seulement du signal l’alerte AL correspondra typiquement à une situation de vie qui ne présente aucun danger ou risque électrique immédiat. Dans un véhicule, le signal l’alerte AL, par exemple sous la forme d’un voyant lumineux activé dans le tableau de bord, informera le conducteur de la nécessité d’une intervention de réparation. La commutation en ouverture du commutateur 1 1 correspondra typiquement à une situation de vie présentant un danger ou un risque électrique et qui requiert une coupure de l’alimentation électrique.

Différentes stratégies de commande du commutateur 1 1 pourront être exécutées par le processus de commande selon la configuration du système électrique 1 et/ou les situations de vie. Ainsi, le processus de commande pourra décider de couper l’alimentation électrique de l’ensemble des composants électriques dès qu’un dépassement d’au moins un des seuils de tension TH1 à TH3 est détecté, afin de sécuriser complètement le système électrique 1 . Ou bien, le processus de commande pourra décider de ne couper l’alimentation électrique que du ou des composants électriques concernés par un dépassement de seuil de tension, afin de préserver le fonctionnement du système électrique, dans un mode dégradé, en maintenant en fonctionnement un maximum de composants électriques. Dans ce dernier cas, par exemple, le processus de commande aura estimé que la coupure des composants électriques concernés par un dépassement de seuil de tension ne provoque pas d’effets indésirables et que l’alimentation électrique pour les autres composants électriques peut être maintenue sans aucun danger.

Les seuils de tension TH1 à TH3 sont prédéfinis respectivement pour les composants électriques 12i à 1 23. Dans l’exemple particulier de réalisation du système électrique 1 , pour chacun des composants électriques, le seuil de tension respectif est fixe et dépend du courant électrique maximal qui peut circuler entre la source de puissance électrique et le composant électrique et de la résistance électrique nominale du circuit électrique entre le composant électrique et la source de puissance électrique.

Ainsi, par exemple, pour un composant électrique considéré, désigné 12, ayant une résistance électrique nominale R=5 mOhm pour son circuit électrique avec la source de puissance électrique 10, et un courant électrique maximal lmax=100 A, la chute de tension maximale Umax entre la source de puissance électrique 10 et le composant électrique 12 sera égale à Umax=R.lmax=500 mV. En prenant un facteur de marge de sécurité M, par exemple égale à M=2, le seuil de tension, désigné TH, affecté au composant électrique 12 sera prédéfini à TH=M.Umax=1 V. En considérant une durée de confirmation DT fixée par exemple à DT=5 s, si la tension d’alimentation, désignée Uc, aux bornes du composant électrique 12 est inférieure d’au moins TH=1 V à celle Ub de la source de puissance électrique 10 pendant une durée supérieure à DT=5, alors la commande de commutation CDC est activée (CDC = « 1 ») pour commuter en ouverture le commutateur 1 1 .

Dans d’autres formes de réalisation, afin d’obtenir un diagnostic plus précis, plusieurs seuils de tension pourront être définis pour un même composant électrique, en fonction de l’intensité ou de plages d’intensité du courant consommé ou produit par le composant électrique.

On notera que le procédé de l’invention autorise une détermination aisée de la localisation du défaut de résistance électrique et facilite ainsi les opérations de réparation après-vente.

Ainsi, dans le cas où un dépassement de seuil de tension est détecté pour l’ensemble des composants électriques, le défaut de résistance électrique sera alors identifié au niveau du mode commun de la source de puissance électrique.

Dans le cas où un seul dépassement de seuil de tension est détecté, le défaut de résistance électrique est situé dans le circuit électrique entre le composant électrique concerné et la source de puissance électrique. Dans le cas où plus d’un dépassement de seuil de tension sont détectés, le défaut de résistance électrique est situé dans les portions de circuit électrique communes des composants électriques concernés.

L’invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l’invention.