Brevet FR2942920A1 — publié le 20100910

BOITIER COMPRENANT UN OU PLUSIEURS COMPOSANTS ELECTRIQUES L'invention concerne le domaine des boîtiers comprenant un ou plusieurs composants électriques, et de préférence les boîtiers comprenant plusieurs composants électriques distincts ayant chacun leur propre encapsulation. Le boîtier électronique comprend généralement plusieurs composants électriques fixés sur une carte située à l'intérieur du boîtier. L'invention s'intéresse à minimiser le risque de court-circuit aggravé qui peut finir en incendie du boîtier électronique. De nombreux systèmes de l'art antérieur, matériau propageant peu la flamme ou électronique de gestion protectrice, s'occupent d'empêcher le départ d'un court-circuit aggravé au niveau du composant électrique lui-même. Par contre, peu de 1s systèmes de l'art antérieur s'occupent de procurer une deuxième barrière contre les courts-circuits aggravés au niveau du boîtier lui-même, une fois qu'un composant électrique vient de démarrer un court-circuit aggravé ou menace d'en démarrer un sans pouvoir le juguler lui-même. 20 Selon un premier art antérieur, il est connu de doter un boîtier électronique d'au moins un capteur de température qui réagit à une élévation excessive de température d'un composant électrique à l'intérieur du boîtier. Ce capteur de température commande le déclenchement d'un fusible qui est extérieur au 25 boîtier. D'une part, cet art antérieur est soit imprécis si le boîtier ne comprend qu'un seul capteur de température, soit trop complexe et coûteux si le boîtier comprend un capteur de température par composant électrique. D'autre part, dans certains cas de courts-circuits aggravés, même une fois 30 l'alimentation coupée, puisque le composant électrique est déjà le siège d'un court-circuit aggravé, celui peut dégénérer en incendie et rien n'est prévu pour empêcher ce court-circuit aggravé de se propager. L'invention se propose de prévoir une réserve de fluide qui peut être libérée sur le composant endommagé afin d'en diminuer la température et / ou d'étouffer la flamme qui aurait pu naître, permettant d'éviter le développement d'un court- circuit aggravé ou de le juguler une fois qu'il a démarré. Selon l'invention, il est prévu un boîtier comprenant un ou plusieurs composants électriques, un dispositif actionnable par une élévation de température du ou d'un composant électrique au-dessus d'un certain seuil, caractérisé en ce que le dispositif io actionnable est une réserve de fluide à propriété d'extinguibilité libérable sur le composant électrique ayant dépassé ledit seuil de température. Dans un art antérieur par exemple décrit dans la demande de brevet français FR 2456526, il est connu de libérer une is réserve de fluide sur la surface d'une cuve de pétrole, mais d'une part ce domaine technique est un domaine technique très éloigné de celui des boîtiers électroniques et d'autre part, le dispositif utilisé n'est pas directement transposable, notamment pour un problème de différence de taille très 20 importante entre une cuve à pétrole et un boîtier électronique. Dans l'invention, le fluide à propriété d'extinguibilité est un fluide qui une fois libéré sur le composant électrique endommagé va avoir tendance à diminuer sa température et / ou à étouffer une éventuelle flamme naissante. Le fluide peut 25 être un liquide ininflammable, comme par exemple de l'eau. Le fluide peut aussi être un gaz neutre, comme par exemple de l'azote. Le fluide de préférence ne contient aucun comburant susceptible d'aider un début de combustion d'un composant électrique à se développer, ou à tout le moins une proportion 30 suffisamment faible pour que son effet favorable à la combustion soit avantageusement contrebalancé par un effet défavorable à la combustion supérieur du reste de la composition du fluide. La réserve de fluide est libérable sur le composant électrique ayant dépassé ledit seuil de température, c'est-à-dire que le dépassement d'un certain seuil de température par au moins l'un des composants électriques du boîtier aura pour effet direct ou indirect de libérer la réserve de fluide qui se répandra au moins en partie sur le composant électrique endommagé dont la température a dépassé ledit seuil. Pour éviter un taux trop élevé de fausses alertes gênant pour le fonctionnement du boîtier, le seuil de température est io préférentiellement choisi de sorte que ledit composant électrique soit irréversiblement endommagé lorsque sa température s'élève au-dessus dudit seuil. Puisque ce système de sécurité est avantageusement une deuxième barrière au niveau du boîtier, une fois que la première barrière de sécurité is au niveau du composant électrique n'a pas fonctionné, son activation doit de préférence être limitée à des cas graves de court-circuit. De préférence, la réserve de fluide est libérée par action thermique directe de l'élévation de température sur la réserve 20 de fluide. Ainsi, le fait que l'élévation de température par son action thermique déclenche directement la libération de la réserve de fluide, par exemple en brûlant une partie de l'enveloppe contenant la réserve de fluide lequel fluide peut alors se répandre sur le composant électrique au-dessus 25 duquel se trouve la portion d'enveloppe brûlée, sans transmission de signal électrique, rend le système plus robuste, surtout en cas de risque de court-circuit aggravé. Une libération de la réserve de fluide par l'intermédiaire de la transmission d'un signal électrique, par exemple entre un 30 capteur de température et un actuateur perforant par exemple l'enveloppe de la réserve de fluide, reste possible mais elle sera moins robuste. Par ailleurs, lorsque le boîtier électronique comprend plusieurs composants électriques, soit le capteur de température est unique pour l'ensemble du boîtier et il risque de souffrir d'un manque de précision, soit un capteur de température est associé à chacun des composants électriques et le système va vite devenir complexe et coûteux. Un système par combinaison d'action thermique et mécanique, sans action électrique, où l'action thermique de l'élévation de température actionnerait directement mécaniquement un dispositif de libération de la réserve de fluide, comme un perforateur d'enveloppe, sans aucune action électrique, serait un bon compromis relativement robuste. io Dans un mode de réalisation optionnel, la réserve de fluide est solide et elle libère un gaz par réaction chimique entre la réserve de fluide et une flamme issue du composant électrique ayant dépassé ledit seuil de température. Ce mode de réalisation n'est cependant pas préféré, car d'une part il est is plus complexe au niveau du matériau utilisé et d'autre part son seuil de déclenchement en température nécessitant la présence d'une flamme d'une certaine vivacité est élevé et donc un peu tardif. Il peut être intéressant de réagir un peu plus vite. 20 Dans un mode de réalisation préférentiel, la réserve de fluide est libérée par rupture d'une enveloppe contenant ledit fluide provoquée par ladite élévation de température. L'action thermique, chaleur élevée ou début de flamme, rompt l'enveloppe au voisinage du composant électrique endommagé, 25 ce qui a pour effet de libérer le fluide sur ce composant électrique endommagé. La réserve de fluide est de préférence à l'intérieur du boîtier, mais elle pourrait éventuellement être dans un logement jouxtant le boîtier et communiquant avec l'intérieur du boîtier. 30 Dans une première famille de réalisation du mode de réalisation préférentiel, l'enveloppe est une paroi rigide contenant des opercules. Les opercules sont de préférence respectivement placés en vis-à-vis de chacun des composants électriques. L'élévation thermique d'un composant électrique endommagé perfore l'opercule correspondant libérant ainsi le fluide en réserve sur ledit composant électrique endommagé. Dans une variante, la paroi n'a pas une forme plane mais suit au contraire la variation d'altitude des différents composants électriques pour rester à la même distance desdits composants électriques, voire pratiquement à leur contact. Dans une deuxième famille de réalisation du mode de réalisation préférentiel, l'enveloppe est une membrane souple. La membrane peut être à une certaine distance des différents io composants électriques. De préférence, la membrane souple vient au contact des différents composants électriques, elle épouse donc le relief de la carte du boîtier électronique. Préférentiellement, l'enveloppe est au contact du ou des composants électriques. Ainsi, la sensibilité est maximale et is une élévation de température dommageable pour le composant électrique suffit à rompre cette membrane et à répandre le fluide sur ledit composant électrique endommagé, avant même l'apparition de toute flamme. En cas de risque réel de court-circuit aggravé, une réaction rapide, avant l'apparition de 20 flamme, est avantageuse. Dans un mode de réalisation optionnel, le fluide est un liquide qui tombe par gravité. Avec sa capacité calorifique importante, le liquide qui se répand sur le composant électrique endommagé baisse sa température et il étouffe une éventuelle 25 flamme naissante. Pour améliorer la directivité de l'écoulement du liquide, avantageusement, le liquide est également poussé par un élément élastique qui se détend, en direction des composants électriques. Dans un mode de réalisation préférentiel, la réserve de fluide 30 est un gaz qui est en surpression par rapport au reste du boîtier. Le fluide gazeux, présente l'avantage d'une bonne directivité lors de sa libération quelque soit l'orientation du boîtier, tandis qu'une utilisation de liquide demandera une orientation de haut en bas par rapport aux composants électriques sous peine de dégrader la directivité de projection et d'être moins efficace, à cause de la gravité. La réserve de gaz est de préférence une bulle de gaz en surpression, ce qui est le plus simple et le plus pratique, mais ce pourrait être une poche de liquide associée à un détendeur qui transformerait le liquide en gaz projetant ainsi un jet de gaz sur le composant électrique endommagé. Une bulle de gaz en surpression projette également un jet de gaz sur le composant électrique endommagé. Ce jet de gaz a deux effets, io un premier effet par lequel le jet de gaz peut souffler une éventuelle flamme naissante, et un deuxième effet par lequel le jet de gaz par effet de détente se refroidit et refroidit le composant électrique endommagé qu'il vient lécher. Avantageusement, la surpression est comprise en 50% et 15 100% de la pression régnant dans le reste du boîtier. En fait, c'est surtout la différence de pression entre d'une part la réserve de gaz libérable et d'autre part la partie du boîtier dans laquelle se trouvent les composants électriques qui est importante. C'est elle qui permet au gaz de fuser hors de 20 l'enveloppe pour être projeté sur la surface du composant électrique endommagé en étant d'une part refroidi par détente et d'autre part projeté par accélération. De préférence, le boîtier comprend une ouverture permettant de conserver l'intérieur du boîtier, hors réserve de fluide, à la 25 pression atmosphérique. L'avantage de cette ouverture est de permettre, une fois la réserve de fluide qui commence à être libérée, au gaz de s'évacuer vers l'extérieur du boîtier pour éviter de faire monter la pression au voisinage des composants électriques. Ainsi, la surpression donne par exemple une 30 pression comprise entre 1,5 atmosphère et 2 atmosphères. De préférence, le boîtier comprend un rupteur d'alimentation électrique du boîtier disposé de manière à ce que la coupure d'alimentation électrique soit provoquée par ladite élévation de température d'un composant électrique au-dessus dudit seuil. Ainsi, le début de court-circuit aggravé ne sera plus alimenté en énergie par la continuation de fourniture de courant électrique. Il ne restera plus qu'à refroidir le composant électrique endommagé ou à éteindre la flamme naissante. Sans cette option préférentielle, certains courts-circuits aggravés bien jugulés au départ, par exemple par extinction de la flamme, pourraient se rallumer plus tard grâce à une fourniture constante d'énergie au niveau du composant électrique endommagé. Le système selon l'invention n'aurait io alors fait que retarder le court-circuit aggravé et non pas l'éviter. Une autre option consiste à avoir ailleurs dans le circuit électrique un fusible qui va finir par sauter et par priver le composant électrique endommagé d'énergie, ce qui peut se révéler suffisant pour juguler le court-circuit aggravé en is combinaison avec la réserve de fluide libérable. Il est tout de même mieux car plus sûr d'intégrer cette option préférentielle du rupteur d'alimentation au niveau du boîtier électronique. De manière avantageuse, le rupteur d'alimentation se déclenche après mais peu après la libération de la réserve de fluide pour 20 que celle-ci n'aie pas à lutter trop longtemps contre un composant électrique endommagé continuant à être électriquement alimenté et dont la température est donc plus difficile à faire baisser. Préférentiellement, le rupteur est disposé de manière à ce que 25 son actionnement soit mécaniquement entraîné par la libération de la réserve de fluide. Ainsi, lui aussi sera plus robuste et son actionnement ne risque pas de se révéler déficient en cas de court-circuit aggravé ce qui pourrait être le cas d'un actionnement par transmission de signal électrique, 30 même par connexion distincte de celle alimentant le composant électrique endommagé. Avantageusement, le boîtier ne comprend aucun fusible qui ne soit associé qu'à lui, le rupteur d'alimentation jouant déjà ce rôle de manière fiable. Il peut alors toutefois y avoir un fusible général associé à plusieurs boîtiers électroniques, ou un mini fusible ne protégeant qu'un composant électrique à la fois mais pas l'ensemble du boîtier. Dans le cas où le rupteur d'alimentation est associé à un boîtier comprenant une réserve de liquide, et que ce boîtier inclue un élément élastique poussant le liquide hors de son enveloppe, la fonction d'interruption d'alimentation électrique et de poussée mécanique peuvent soient être réalisées par un seul et même élément, soit être réalisées par deux éléments io dont l'actionnement de l'un déclenche automatiquement l'actionnement de l'autre et préférentiellement de manière purement mécanique. L'invention concerne aussi un véhicule comprenant au moins un boîtier selon l'invention. Un véhicule inclue notamment un 15 camion, une moto, un avion, un bateau, un train. Un véhicule est de préférence une voiture. L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide des figures ci-après, données à titre d'exemples illustratifs et 20 non limitatifs, où : - la figure 1 représente schématiquement un exemple de boîtier selon l'invention, dans un état où la réserve de fluide ne s'est pas encore libérée ; - la figure 2 représente schématiquement un exemple de 25 boîtier selon l'invention, dans un état où la réserve de fluide a déjà commencé à se libérer mais ne s'est pas encore entièrement libérée. La figure 1 représente schématiquement un exemple de boîtier 30 selon l'invention, dans un état où la réserve de fluide ne s'est pas encore libérée. Un boîtier électronique 1 comprend une carte électronique 6 sur laquelle sont situés plusieurs composants électriques 4 qui peuvent être de volume et de taille variable d'un composant électrique à l'autre. Une enveloppe 3 souple contient un gaz neutre 2 qui est en surpression dans l'enveloppe 3 par rapport au reste de l'intérieur 9 du boîtier 1. L'enveloppe souple 3 épouse la forme du relief que constituent les différents composants électriques 4 sur la carte électrique plane 6. Le boîtier 1 comprend aussi un rupteur d'alimentation 7 qui est constitué par un élément comprimé par l'enveloppe 3 dans son état au repos, c'est-à-dire lorsqu'il n'a pas coupé l'alimentation électrique du boîtier 1. Le boîtier 1 comprend plusieurs ouvertures 5 permettant de io maintenir le reste de l'intérieur 9 du boîtier à la pression extérieure, c'est-à-dire à la pression atmosphérique le plus souvent. Le boîtier 1 comprend un connecteur 8 permettant de raccorder le boîtier 1 au reste du circuit électrique du véhicule. La figure 2 représente schématiquement un exemple de boîtier is selon l'invention, dans un état où la réserve de fluide a déjà commencé à se libérer mais ne s'est pas encore entièrement libérée. Lorsqu'un composant électrique 10 est le siège d'un début de court-circuit aggravé avec naissance éventuelle de flamme au niveau du composant électrique 10, la chaleur se 20 dégageant au niveau de la surface supérieure du composant électrique 10 ainsi que les éventuelles flammes naissantes le cas échéant attaquent thermiquement l'enveloppe 3 qui cède rapidement et se déchire au niveau d'une perforation 11 située contre le composant électrique 10 endommagé. Le gaz neutre 25 2, en surpression dans l'enveloppe 3 par rapport au reste de l'intérieur 9 du boîtier 1, se détend hors de l'enveloppe 3 et est projeté sous la forme d'un jet de gaz refroidi. Au contact de ce jet de gaz refroidi, le composant électrique 10 endommagé et chaud se refroidit tandis que les éventuelles flammes 30 naissantes s'éteignent. L'enveloppe 3 commence à se vider de son gaz neutre 2 dans le reste de l'intérieur 9 du boîtier chassant à son tour du gaz hors du boîtier 1 par les ouvertures 5. Bientôt, la surpression dans l'enveloppe 3 diminue, diminuant du même coup la pression exercée par l'enveloppe 3 Io sur l'élément comprimé du rupteur 7 d'alimentation électrique, lequel élément comprimé, du genre ressort, se détend entraînant l'activation du rupteur 7 d'alimentation qui coupe l'alimentation électrique du boîtier 1. Le composant électrique 10, d'une part privé d'énergie puisque l'alimentation électrique du boîtier 1 est coupée, et d'autre part toujours léché par le flux de gaz neutre 2 sous pression qui continue à s'échapper de l'enveloppe 3, ne parvient plus à rallumer de flammes et achève de se refroidir. Le danger du développement d'un io court-circuit aggravé est ainsi écarté. Le fait que le rupteur ait été actionné dès le relâchement de la pression dans l'enveloppe 3, et non pas une fois l'enveloppe 3 vidée de son gaz neutre 2, a permis au gaz neutre restant et continuant à s'écouler sous pression contre le composant électrique 10 is endommagé de le refroidir en éteignant ses éventuelles flammes, alors que ce composant électrique 10 n'avait plus d'énergie pour alimenter ses éventuelles flammes ou pour continuer à élever sa température, ce qui a permis une efficacité optimale de l'action du gaz neutre, après la coupure 20 d'alimentation électrique par le rupteur 7 d'alimentation électrique. REVENDICATIONS1) Boîtier comprenant un ou plusieurs composants électriques (4), un dispositif actionnable par une élévation de température du ou d'un composant électrique au-dessus d'un certain seuil, caractérisé en ce que le dispositif actionnable est une réserve de fluide (2) à propriété d'extinguibilité libérable sur le composant électrique (10) ayant dépassé ledit seuil de température. 2) Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit composant électrique (10) est irréversiblement endommagé lorsque sa température s'élève au-dessus dudit seuil. 3) Boîtier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que 15 la réserve de fluide (2) est libérée par action thermique directe de l'élévation de température sur la réserve de fluide (2). 4) Boîtier selon la revendication 3, caractérisé en ce que la réserve de fluide (2) est solide et en ce qu'elle libère un gaz 20 par réaction chimique entre la réserve de fluide (2) et une flamme issue du composant électrique (10) ayant dépassé ledit seuil de température. 5) Boîtier selon la revendication 3, caractérisé en ce que la 25 réserve de fluide (2) est libérée par rupture d'une enveloppe (3) contenant ledit fluide provoquée par ladite élévation de température. 6) Boîtier selon la revendication 5, caractérisé en ce que 30 l'enveloppe (3) est une paroi rigide contenant des opercules.15 7) Boîtier selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'enveloppe (3) est une membrane souple. 8) Boîtier selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, 5 caractérisé en ce que l'enveloppe (3) est au contact du ou des composants électriques (4). 9) Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide est un liquide qui lo tombe par gravité. 10) Boîtier selon la revendication 9, caractérisé en ce que le liquide est également poussé par un élément élastique qui se détend. 11) Boîtier selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la réserve de fluide (2) est un gaz qui est en surpression par rapport au reste (9) du boîtier (1). 20 12) Boîtier selon la revendication Il, caractérisé en ce que la surpression est comprise en 50% et 100% de la pression régnant dans le reste (9) du boîtier (1). 13) Boîtier selon l'une quelconque des revendications 25 précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un rupteur (7) d'alimentation électrique du boîtier (1) disposé de manière à ce que la coupure d'alimentation électrique soit provoquée par ladite élévation de température d'un composant électrique (10) au-dessus dudit seuil. 30 14) Boîtier selon la revendication 13, caractérisé en ce que le rupteur (7) est disposé de manière à ce que son actionnement soit mécaniquement entraîné par la libération de la réserve de fluide (2).13 15) Boîtier selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que le boîtier (1) ne comprend aucun fusible qui ne soit associé qu'à lui. 16) Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une ouverture (5) permettant de conserver l'intérieur du boîtier, hors réserve de fluide, à la pression atmosphérique. 10 17) Véhicule comprenant au moins un boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes.