Brevet FR2869469A1 — publié le 20051028

DISPOSITIF DE PROTECTION DE RESEAU DE BORD La présente invention concerne un dispositif de protection de réseau de bord. Un réseau de bord constitue le réseau électrique d'un véhicule, tel qu'un véhicule automobile. Le réseau de bord peut inclure la commande électrique de tous les organes électriques du véhicule, tels que les phares, l'éclairage du tableau de bord, la direction assistée et de nombreux autres dispositifs électriques embarqués. Le réseau de bord est alimenté par une batterie du véhicule, classiquement en 12 Volts pour un véhicule automobile, mais d'autres valeurs de tension d'alimentation peuvent être envisagées. Depuis plusieurs années, les options se multiplient sur les véhicules, entraînant un nombre croissant d'organes électriques branchés sur le réseau de bord du véhicule et une puissance électrique embarquée sur les véhicules de plus en plus importante, de l'ordre de 2kW. Or, beaucoup de ces organes électriques sont particuliers dans la mesure où ils consomment des courants de très forte intensité, de l'ordre de 100A à 200A, pendant un temps relativement court, de l'ordre de quelques dizaines de millisecondes à quelques secondes. De tels organes électriques sont dits à consommation électrique impulsionnelle. On peut citer à titre d'exemple de tels organes à consommation impulsionnelle, la direction assistée électrique, les soupapes électromagnétiques, le turbo compresseur électronique (e-booster). Les organes à consommation électrique impulsionnelle provoquent de brèves chutes de tension importantes lorsqu'ils sont activés. Ces chutes de tension peuvent atteindre quelques volts sur un réseau de bord alimenté en 12 V. Les autres organes électriques du réseau de bord, tels que les phares ou les écrans du tableau du bord du conducteur, par exemple, peuvent être affectés par ces chutes de tensions imprévisibles. De telles perturbations peuvent être perceptibles par l'usager du véhicule et interprétées comme un défaut de qualité. Afin de gérer les besoins en courant des différents organes électriques d'un véhicule, il a été proposé des systèmes d'alimentation comportant deux batteries. En particulier pour répondre aux besoins en courant au moment du démarrage du véhicule, une première batterie est destinée à alimenter le démarreur et une seconde batterie est destinée à alimenter les autres organes électriques du véhicule. Ces systèmes sont prévus pour assurer le démarrage du véhicule en tout état de cause, la seconde batterie assurant la ressource électrique nécessaire au démarrage si la première batterie est défaillante. De tels systèmes d'alimentation électriques sont en particulier connus des documents FR 2 749 814; FR 2 739 733; WO 01/36232 et US 5 977 652. R:\13revets\22000\22034PSA.doc- 16/04/04 - 15:04 - 1/10 Ces systèmes d'alimentation connus nécessitent une architecture électrique duale qui est relativement complexe. De plus, ces systèmes ne se préoccupent pas de la constance de la qualité de la tension du réseau de bord électrique. L'invention a donc pour objet d'éliminer les chutes de tension du réseau de 5 bord dues à l'activation d'un ou plusieurs organes à consommation électrique impulsionnelle. A cet effet, l'invention propose un dispositif de protection de réseau électrique de bord comprenant: des moyens de stockage d'énergie électrique; - un interrupteur; l'interrupteur étant adapté à permettre d'une part une charge électrique desdits moyens de stockage et d'autre part une alimentation électrique d'au moins un organe par lesdits moyens de stockage. Selon une caractéristique, le dispositif comprend en outre des moyens de 15 contrôle de la charge des moyens de stockage électrique. Selon une caractéristique, les moyens de contrôle de charge comprennent des moyens de commande du courant maximal de charge et de la pente de charge. Selon une caractéristique, les moyens de contrôle de charge comprennent au moins une résistance variable. Selon un mode de réalisation, les moyens de contrôle de charge comprennent des transistors de puissance à effet de champs. Selon un mode de réalisation, les moyens de contrôle de charge sont adaptés à commander la tension de grille des transistors. Selon les modes de réalisation, les moyens de stockage d'énergie électrique 25 comprennent au moins un condensateur et/ou une batterie. Selon une caractéristique, la charge électrique des moyens de stockage d'énergie est fournie par une alimentation en courant continu du réseau de bord. L'invention concerne également un réseau de bord comprenant un dispositif de protection selon l'invention, ledit dispositif étant disposé entre une batterie d'alimentation du réseau de bord et au moins un organe à consommation électrique impulsionnelle. L'invention concerne en outre un procédé de protection d'un réseau de bord selon l'invention, comprenant les étapes consistant à : détecter l'activation d'un organe à consommation impulsionnelle; commuter le dispositif de protection du réseau de bord pour une alimentation électrique dudit organe par les moyens de stockage d'énergie électrique du dispositif. R:1Brevets122000122034P0A.doc - 16/04/04 - 15:04 - 2/10 Selon une caractéristique, le procédé comporte en outre des étapes consistant à: détecter la désactivation de l'organe à consommation impulsionnelle; commuter le dispositif de protection du réseau de bord pour une charge des moyens de stockage d'énergie électrique du dispositif par une batterie d'alimentation du réseau de bord. Selon une caractéristique, le procédé comporte en outre des étapes consistant à: fixer le courant maximal de charge; - fixer la pente de charge. L'invention couvre ainsi un véhicule automobile comprenant un réseau de bord selon l'invention. Selon une caractéristique, le véhicule automobile comporte une unique batterie d'alimentation électrique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent: figure 1, un schéma d'un réseau de bord d'un véhicule; figure 2, un schéma d'un dispositif de protection selon l'invention; figure 3a, un graphe schématique classique du courant de recharge d'un organe de stockage; figure 3b, un graphe schématique du courant de recharge de l'organe de stockage du dispositif selon l'invention. Le dispositif de protection de réseau électrique de bord selon l'invention comprend des moyens de stockage d'énergie électrique, telle qu'une batterie ou un condensateur. Le dispositif comprend également un interrupteur adapté à permettre d'une part, une charge électrique des moyens de stockage d'énergie et d'autre part une alimentation électrique d'au moins un organe par lesdits moyens de stockage. Un tel dispositif de protection est avantageusement disposé entre une batterie d'alimentation du réseau de bord et au moins un organe à consommation électrique impulsionnelle. Ainsi, le dispositif de protection selon l'invention peut déconnecter un organe impulsionnel de l'alimentation électrique du réseau de bord et l'alimenter électriquement par les moyens de stockage sans impacter l'alimentation du réseau de bord pendant la durée d'activation de l'organe impulsionnel. R:\Brevets\22000\22034PSA.doc - 16/04/04 - 15:04 - 3/10 Par ailleurs, les moyens de stockage d'énergie du dispositif selon l'invention sont rechargés par l'alimentation électrique du réseau de bord lorsque l'organe impulsionnel est inactif, sans perturbation électrique du réseau de bord. L'agencement du dispositif de protection selon l'invention dans un réseau de bord électrique d'un véhicule va être décrit plus en détail en référence au schéma de la figure L Un réseau de bord relie, alimente et contrôle les divers organes électriques d'un véhicule. Certains organes électriques 1, 2, ..., n sont dits sensibles, c'est-àdire que leur alimentation en tension doit être la plus constante possible pour assurer un bon fonctionnement réel et perçu par le conducteur. Certains organes électriques sont dits perturbateurs 10, c'est-à-dire que leur consommation en courant est impulsionnelle et provoque une chute de tension dans le réseau de bord qui risque de perturber les autres organes et en particulier les organes dits sensibles. De manière connue en soi, le réseau de bord est alimenté en courant par une batterie 11, par exemple en 12V. La batterie 11 est rechargée par un alternateur 12 du véhicule de manière connue en soi. Selon l'invention, le réseau de bord comporte un dispositif de protection 20. Un tel dispositif est un circuit électrique disposé entre la batterie 11 et au moins un organe perturbateur 10 à consommation électrique impulsionnelle. Le dispositif de protection 20 est disposé de manière à pouvoir protéger les organes dits sensibles de la consommation impulsionnelle de l'organe perturbateur. Le dispositif de protection du réseau de bord comprend des moyens de stockage d'énergie électrique 21, telle qu'une batterie ou un condensateur. On choisit de préférence une batterie sans électrolyte, de petite taille, du type moto par exemple; ou un condensateur de type supercapacité, voire un condensateur électrolytique, selon la puissance de l'organe à isoler. Le dispositif de protection 20 comprend également un interrupteur 22 adapté pour permettre la déconnexion de l'organe perturbateur du réseau de bord lorsque qu'il est activé. L'interrupteur 22 est commuté par une commande liée à la commande d'activation de l'organe perturbateur 10. Cette commande commute l'interrupteur en position ouverte lorsqu'une commande d'un organe perturbateur est activée et commute l'interrupteur en position fermée lorsque la commande de l'organe perturbateur est désactivée. L'interrupteur 22 permet, dans une position fermée, de charger électriquement les moyens de stockage d'énergie 21, lorsque l'organe perturbateur 10 n'est pas R:\Brevets122000\22034PSA.doc - 16/04/04 - 15:04 - 4/10 activé. Il permet, dans une position ouverte, d'alimenter l'organe perturbateur déconnecté du réseau de bord lorsqu'il est activé. Ainsi, lorsqu'un organe perturbateur 10 est sollicité par une commande du véhicule, les autres organes électriques du véhicule ne sont pas perturbés dans leur alimentation électrique et peuvent continuer à fonctionner avec une parfaite fiabilité Le dispositif de protection 20 peut également comprendre des moyens de contrôle 30, 31 de la charge des moyens de stockage électrique 21. Ces moyens de contrôle de la charge sont destinés à éviter que la perturbation électrique du réseau de bord n'intervienne au moment de la charge des moyens de stockage 21, alors que l'organe perturbateur est désactivé. En effet, les moyens de stockage 21 peuvent requérir, en début de recharge, un pic de courant important. Il faut préserver le réseau de bord des effets d'une chute de tension due à la recharge du dispositif de protection. Cette chute de tension lors de la recharge peut être de l'ordre de quelques dixièmes à quelques Volts, ce qui est sans rapport avec la chute de tension pouvant être générée par un organe perturbateur. Cette chute de tension peut néanmoins être tout aussi préjudiciable que celle qu'aurait générée l'organe perturbateur. La chute de tension due à la recharge des moyens de stockage 21 du dispositif 20 est essentiellement due au fait que l'alternateur 12 du véhicule a un temps de réponse de l'ordre de 300ms. C'est donc la batterie 11 qui doit fournir seule le courant de charge aux moyens de stockage 21 lorsque l'interrupteur 22 passe en position fermée, ce qui entraîne une chute de tension aux bornes de la résistance interne de la batterie 11. Les moyens de contrôle de charge 30, 31 sont donc adaptés à limiter la valeur du courant maximal de charge et la pente de charge afin de minimiser le pic de courant requis par la charge des moyens de stockage 21. A cet effet, les moyens de contrôle de charge comprennent des moyens de commande électroniques 30 et une résistance variable 31. Le dispositif de protection de réseau de bord selon l'invention va être décrit 30 plus en détail en référence au schéma de la figure 2. Le dispositif 20 selon l'invention est disposé entre la batterie 11 d'alimentation du réseau de bord et au moins un organe perturbateur 10. Le dispositif 20 reçoit au moins une commande d'activation ON/OFF liée à une commande d'activation de l'organe perturbateur 10 et peut fournir en sortie des informations sur son état (mesures de courant, tension, statut...). Le dispositif 20 comprend les moyens de stockage 21, l'interrupteur 22 et les moyens de commande électroniques 30 qui sont adaptés à commander d'une part la R:\Brevets\22000\22034PSA.doc - 16/04/04 - 15:04 - 5/10 commutation de l'interrupteur 22 et d'autre par la régulation de la résistance variable 31. Lors de l'activation de la commande ON, les moyens de commande électroniques 30 commutent l'interrupteur 22 en position ouverte. Le dispositif 20 alimente alors l'organe perturbateur 10 en courant par les moyens de stockage d'énergie 21. Lors de l'activation de la commande OFF, l'organe perturbateur étant désactivé, les moyens de commande électroniques 30 commutent l'interrupteur 22 en position fermée pour une recharge des moyens de stockage 21. A cet effet, les moyens de commande électroniques 30 sont adaptés à agir sur une résistance variable 31, par exemple constituée d'un pont de transistors de puissance à effet de champ, pour réguler le courant maximal de charge et la pente de charge. Les moyens de commande électroniques 30 sont alors adaptés à recevoir en entrée des commandes 35, 36, 37 fixant le courant maximal et la pente de charge ainsi que l'activation d'une protection thermique des transistors. Les commandes de courant maximal et de pente de charge peuvent être fixées par le constructeur ou être déterminées par programmation en fonction de la nature de l'organe perturbateur précédemment activé. En effet, selon le type d'organe perturbateur qui a précédemment été alimenté par les moyens de stockage 21 du dispositif de protection 20 selon l'invention, la recharge sera plus ou moins importante et les valeurs du courant maximal et de la pente de charge plus ou moins élevées. De même, la nécessité d'une protection thermique des transistors peut dépendre de l'ampleur de la recharge nécessaire. La figure 3a illustre schématiquement un graphe de la charge d'un organe de stockage. Le courant de recharge Irecharge forme un pic important en début de charge avec un courant maximal Imax et une pente dl/dt importants. Les moyens de contrôle de charge 30, 31 sont destinés à réduire la valeur de Imax et à allonger la pente de montée de courant dUdt afin d'éviter une chute de tension aux bornes de la batterie d'alimentation du réseau de bord, tel que cela a été 30 exposé précédemment. La figure 3b illustre schématiquement un graphe de la charge de l'organe de stockage 21 du dispositif selon l'invention. Les moyens de commande électroniques 30 sont adaptés à agir sur la tension de grille des transistors à effet de champs 31 pour modifier le seuil de saturation qui fixe le courant maximal de charge ImaxÉ La pente de charge dI/dt est par ailleurs régulée en contrôlant l'état passant du transistor à effet de champ. Le dispositif de protection de réseau de bord selon l'invention permet ainsi d'éviter toute chute de tension intempestive dans la tension du réseau de bord, que ce R:1Breveü\22000\22034PSA.doc - 16/04/04 - 15:04 6/10 soit lors de l'activation d'un organe perturbateur ou lors de la recharge du dispositif selon l'invention. Les organes électriques dits sensibles sont ainsi protégés et leur bon fonctionnement assuré. En particulier, le dispositif de protection du réseau de bord selon l'invention permet d'ajouter des organes perturbateurs à consommation électrique impulsionnelle sur un véhicule présentant une architecture mono batterie. Une telle architecture est plus simple est moins coûteuse que les architectures nécessitant plusieurs batteries. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits à titre d'exemple; ainsi, l'exemple illustré montre un unique organe perturbateur 10, mais il est entendu que plusieurs organes perturbateurs peuvent être disposés en parallèle aux bornes du dispositif de protection selon l'invention sans nécessiter de dupliquer le nombre de dispositifs de protection du réseau de bord. Par ailleurs, les moyens de régulation de la charge des moyens de stockage 21 ont été illustrés avec des transistors à effet de champ, mais d'autres moyens peuvent être envisagés. R:1Brevets\22000\22034PSA.doc - 16/04/04 - 15:04 - 7/10 8 REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection (20) de réseau électrique de bord comprenant: - des moyens de stockage d'énergie électrique (21) ; - un interrupteur (22) ; l'interrupteur étant adapté à permettre d'une part une charge électrique desdits moyens de stockage et d'autre part une alimentation électrique d'au moins un organe par lesdits moyens de stockage. 2. Dispositif de protection de réseau de bord selon la revendication 1, caractérisé 10 en ce qu'il comprend en outre des moyens de contrôle de la charge (30, 31) des moyens de stockage électrique (21). 3. Dispositif de protection de réseau de bord selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de contrôle de charge comprennent des moyens de commande (30) du courant maximal de charge et de la pente de charge. 4. Dispositif de protection de réseau de bord selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de contrôle de charge comprennent au moins une résistance variable (31). 5. Dispositif de protection de réseau de bord selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les moyens de contrôle de charge comprennent des transistors 20 de puissance à effet de champs. 6. Dispositif de protection de réseau de bord selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de contrôle de charge sont adaptés à commander la tension de grille des transistors. 7. Dispositif de protection de réseau de bord selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de stockage d'énergie électrique (21) comprennent au moins un condensateur. 8. Dispositif de protection de réseau de bord selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de stockage d'énergie électrique (21) comprennent au moins une batterie. R:\Brevets\22000\22034PSA.doc - 16/04/04 - 15:04 - 8/10 9. Dispositif de protection de réseau de bord selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la charge électrique des moyens de stockage d'énergie (21) est fournie par une alimentation en courant continu du réseau de bord. 10. Réseau de bord comprenant un dispositif de protection selon l'une des revendications 1 à 9, ledit dispositif (20) étant disposé entre une batterie d'alimentation (11) du réseau de bord et au moins un organe à consommation électrique impulsionnelle (10). 11. Procédé de protection d'un réseau de bord selon la revendication 10, comprenant les étapes consistant à : - détecter l'activation d'un organe à consommation impulsionnelle (10) ; - commuter le dispositif de protection (20) du réseau de bord pour une alimentation électrique dudit organe par les moyens de stockage d'énergie électrique du dispositif. 12. Procédé de protection selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des étapes consistant à : - détecter la désactivation de l'organe à consommation impulsionnelle (10) ; - commuter le dispositif de protection (20) du réseau de bord pour une charge des moyens de stockage d'énergie électrique (21) du dispositif par une batterie d'alimentation (11) du réseau de bord. 13. Procédé de protection selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des étapes consistant à : - fixer le courant maximal de charge; - fixer la pente de charge. 14. Véhicule automobile comprenant un réseau de bord selon la revendication 10. 15. Véhicule automobile selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte une unique batterie d'alimentation électrique (11). R:\Brevets122000122034P9A.doc - 16/04/04 - 15:04 - 9/10