Brevet FR2936318A1 — publié le 20100326

DISPOSITIF DE SURVEILLANCE THERMIQUE D'UN CONDUCTEUR ELECTRIQUE. La présente invention concerne un dispositif de surveillance thermique d'un conducteur électrique trouvant une application particulièrement intéressante dans le domaine automobile. Les voitures modernes intègrent de plus en plus des équipements électroniques, relatifs à la sécurité ou encore au confort des passagers, nécessitant une gestion électronique ainsi qu'une alimentation électrique. La multiplication des faisceaux électriques présents dans un véhicule automobile moderne combinée à l'augmentation des coûts des matières premières poussent de plus en plus les constructeurs automobiles à optimiser la section des conducteurs électriques de façon à éviter la présence de conducteurs électriques surdimensionnés. De plus, la problématique écologique actuelle pousse les constructeurs automobiles à initier et à développer, à grande échelle, des nouveaux véhicules � propres � dont la motorisation fait appel à au moins une motorisation électrique. Ce type de véhicules à motorisation électrique nécessite par conséquent la présence de conducteurs électrique de grande section afin de transmettre la puissance électrique convenablement. Lors de la conception des conducteurs électriques, les constructeurs automobiles évaluent généralement la situation la plus défavorable du profil de courant transmis par le conducteur électrique afin de déterminer par simulation la section du conducteur nécessaire pour cette situation défavorable. Un contrôle éventuel en temps réel est réalisé afin de déterminer le courant circulant dans le conducteur électrique ou ligne électrique. Ainsi, ce mode de dimensionnement de conducteur électrique est peu optimisé et engendre un surcoût inutile lors de la réalisation d'un véhicule automobile. En effet, le courant électrique circulant dans le conducteur est très inférieur au courant maximum admissible durant la plus grande partie de son utilisation. De plus, ce mode de dimensionnement ne permet pas de s'affranchir d'un risque de surchauffe occasionnelle provenant d'une situation non prévue. Pour les véhicules à motorisation électrique, il est nécessaire d'optimiser précisément ces lignes de puissance de façon à ne pas provoquer d'incendie en cas de surchauffe des conducteurs électriques. On connaît des dispositifs permettant de déterminer la température d'un conducteur électrique comportant des capteurs ou des sondes de température collés sur le conducteur électrique en plusieurs endroits. Cette solution est généralement lourde à appliquer et ne fournit pas une valeur de la température précise et rapide. En effet, la présence intrusive des multiples capteurs ou sondes sur le conducteur induit une certaine inertie thermique dans la mesure de la température. Dans ce contexte, l'invention vise à fournir un dispositif de surveillance thermique d'un conducteur électrique d'un véhicule automobile permettant d'optimiser la section du conducteur électrique en fonction de son utilisation afin de réduire les coûts de réalisation tout en contrôlant en temps réel, de manière précise et réactive, la température du conducteur électrique évitant ainsi tout risque de surchauffe. A cette fin, l'invention propose un dispositif de surveillance thermique d'un conducteur électrique de véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens pour mesurer la tension entre deux points de mesure dudit conducteur élec=ique ; - des moyens pour mesurer l'intensité du courant parcourant ledit conducteur électrique ; - un capteur de température apte à la mesure de la température ambiante ; - des moyens logiciels pour déterminer la température du conducteur électrique en fonction des valeurs fournies par lesdits moyens pour mesurer ladite tension, par lesdits moyens pour mesurer ladite intensité de courant et par ledit capteur de température. On désigne par température ambiante, la température ambiante à proximité du conducteur électrique. Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées dans le paragraphe précédent, le dispositif de surveillance thermique de conducteurs électriques d'un véhicule automobile selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques supplémentaires ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - ledit dispositif de surveillance thermique comporte des moyens d'affichage de ladite température du conducteur électrique ; - lesdits moyens pour mesurer la tension 20 comportent deux pinces pique-fil ; - lesdits moyens pour mesurer ladite intensité de courant comportent une pince ampèremétrique. La présente invention a également pour objet un procédé de mise en oeuvre d'un dispositif de surveillance 25 thermique d'un conducteur électrique de véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte : - une première étape d'initialisation dudit dispositif de surveillance thermique ; - une deuxième étape de détermination de la 30 résistance de référence RRéf dudit conducteur électrique ; - une troisième étape de mesure de la tension Ut et de l'intensité de courant It ; - une quatrième étape de détermination de la température T, dudit conducteur électrique. 35 Selon une autre caractéristique, le procédé est tel que ladite première étape d'initialisation comporte : - une étape de mesure du courant initial I,, à l'instant t=0 ; - une étape de mesure de la tension initiale U0, à l'instant t=0 - une étape de mesure de la température ambiante initiale T0, à l'instant t=0. Selon une autre caractéristique, Le procédé est tel que ladite résistance de référence RRé, dudit conducteur électrique calculée à une température de référence TRéf, lors de ladite deuxième étape (24), est déterminée au moyen de la relation : RRef = 1+ a.\To TRéf où . Uo (en V) est la tension entre lesdits deux points 15 dudit conducteur électrique, à l'instan: t=0 ; I, (en A) est le courant traversant ledit conducteur électrique, à l'instant t=0 ; To (en °C) est la température ambiante, à l'instant t=0 ; 20 a (en (°C)-') est le coefficient thermique dudit conducteur électrique. Selon une autre caractéristique, le procédé est tel que ladite température Tt dudit conducteur électrique calculée lors de ladite quatrième étape est déterminée au 25 moyen de la relation : où . Tt (en °C) est la température dudit conducteur électrique, à l'instant t ; 30 UL (en V) est la tension entre lesdits deux points dudit conducteur électrique, à l'instant t ; RRé. (en S2) est la résistance de référence dudit conducteur électrique, à la température de référence T0é. ; IL (en A) est le courant traversant ledit conducteur électrique, à l'instant t ; a (en (°C)1) est le coefficient thermique dudit conducteur électrique. Selon une autre caractéristique, le procédé est tel que ladite température de référence TRéf est égale à 20°C. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit boîtier de gestion électronique intègre un dispositif de surveillance thermique d'un conducteur électrique, ledit boîtier de gestion électronique comportant des moyens pour piloter le courant parcourant ledit conducteur électrique en fonction de la température Tt dudit conducteur électrique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de surveillance thermique selon l'invention mis en place sur un conducteur électrique de véhicule automobile ; - la figure 2 illustre une deuxième représentation schématique d'un dispositif de surveillance thermique selon l'invention intégrant un boîtier de gestion électronique de véhicule automobile ; - la figure 3 illustre les étapes du procédé de détermination de la température d'un conducteur thermique par un dispositif de surveillance thermique selon l'invention. Dans toutes les figures, les éléments communs portent les mêmes numéros de référence sauf précision contraire. La figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de surveillance thermique 10, selon l'invention, mis en place sur un conducteur électrique 2 de véhicule automobile. Cette configuration intervient par exemple lors de la validation d'un nouveau véhicule. Le conducteur électrique 2 relie électriquement un boîtier de gestion électronique 4 ou un autre composant électronique à un organe électronique 3 nécessitant une alimentation électrique, au moyen de deux connecteurs 5. D'une façon générale, le conducteur électrique 2 transmet un signal ou de l'énergie électrique du boîtier de gestion 4 à l'organe électronique 3. Lors de la transmission du signal ou de l'énergie électrique au travers du conducteur électrique 2, une partie de l'énergie électrique se dissipe par effet Joules sous forme de chaleur en foncticn de la résistance électrique R du conducteur électrique 2. Le dispositif de surveillance thermique 10 permet de surveiller cette dissipation d'énergie thermique afin d'éviter une surchauffe du conducteur électrique 2 et des dispositifs électriques ou électroniques environnant. A cet effet, le dispositif de surveillance thermique 10 comprend un boîtier de contrôle 9 raccordé à deux pinces pique-fil 7a et 7b et à une pince ampèremétrique 6. Les pinces pique-fil 7a et 7b sont des pinces de connexion permettant au moyen d'une pointe très fine de perforer l'isolant du conducteur électrique sans l'endommager. Les pinces pique-fil 7a et 7b sont disposées sur le conducteur électrique 2 en deux points distincts sensiblement éloignés l'un de l'autre. Les pinces pique-fil 7a et 7b sont disposées généralement aux extrémités du conducteur électrique 2, légèrement en retrait par rapport aux connecteurs 5. Ainsi, les pinces pique-fil 7a et 7b mesurent une tension du conducteur électrique 2 entre ces deux points de mesure. La pince ampèremétrique 6 est placée indifféremment sur le conducteur électrique 2. En effet, la pince ampèremétrique 6 est un dispositif permettant la mesure de l'intensité du courant parcourant le conducteur électrique 2 sans contact avec ce dernier. Il suffit simplement de disposer la pince ampèremétrique 6 de manière à encercler la section du conducteur électrique 2. Le boîtier de contrôle 9 comporte : - un capteur de température 12 mesurant la température ambiante Tamb ; - des moyens logiciels 11 permettant de calculer la température Tt du conducteur électrique en temps réel ; - un moyen d'affichage 13 de la température Tt, du type par exemple afficheur digital, du conducteur électrique déterminée au moyen des moyens logiciels 11. Les moyens logiciels 11 reçoivent les informations nécessaires au calcul de la température Tt du conducteur électrique 2, telles que : - la température ambiante Tamb ; - la tension Ut entre deux points du conducteur électrique 2 ; - le courant It traversant le conducteur électrique 2. La figure 2 est une deuxième représentation schématique d'un dispositif de surveillance thermique 20 selon l'invention mis en place sur un conducteur électrique 2 de véhicule automobile et intégré dans un boîtier de gestion électronique ou calculateur 4. Selon cette représentation avantageuse de l'invention, la figure 2 représente le montage du dispositif de surveillance thermique 20 intégré dans un calculateur ou un boîtier de gestion électronique 4 pilotant le courant dans le conducteur électrique 2. Cette représentation du dispositif de surveillance thermique 20 selon l'invention est utilisée afin que le calculateur ou boîtier de gestion électronique 4 puisse acquérir la température Tt du conducteur électrique 2 en temps réel et puisse agir efficacement en cas de surchauffe du conducteur électrique 2. s Le conducteur électrique 2 relie électriquement le boîtier de gestion électronique 4 ou un autre composant électronique à l'organe électronique 3 nécessitant une alimentation électrique, au moyen des deux connecteurs 5. Selon cette deuxième représentation de l'invention, le boîtier de gestion électronique 4 intègre : - le capteur de température 12 mesurant la température ambiante Tamb ; - des moyens logiciels 11 permettant de calculer la température Tt du conducteur électrique en temps réel. Il est envisagé dans une autre représentation de l'invention de relier le boîtier de gestion électronique 4 à un moyen d'affichage permettant d'indiquer en temps réel la température Tt du conducteur électrique 2 déterminée par les moyens logiciels 11. Les moyens logiciels 11 reçoivent les informations nécessaires au calcul de la température Tt du conducteur électrique 2, telles que : - la température ambiante Tamb ; - la tension Ut entre deux points du conducteur électrique 2 ; - le courant It traversant le conducteur électrique 2. Au moyen des informations fournies ci-dessus, les moyens logiciels il déterminent la température Tt du conducteur électrique 2. Une commande de puissance 14 permet en fonction de la température Tt calculée d'agir sur l'alimentation du conducteur électrique 2 en limitant ou en désactivant le courant dans le but d'éviter une surchauffe du conducteur électrique 2. La figure 3 illustre les étapes du procédé de calcul de la température T, d'un conducteur thermique 2 par un dispositif de surveillance thermique 10 selon l'invention. Plus précisément, la figure 3 illustre les étapes du procédé de calcul effectuées par les moyens logiciels 11 intégrés dans le dispositif de surveillance thermique 10. Le procédé de calcul est applicable aux deux représentations décrites précédemment du dispositif de 5 surveillance thermique selon l'invention. Quel que soit le mode de réalisation choisi, le dispositif de surveillance thermique 10 dispose d'une lecture en temps réel du courant It et de la tension Ut ainsi que de la température ambiante Tam). 10 Ainsi, le procédé de calcul comporte : - une première étape 21 d'initialisation du dispositif de surveillance thermique 10, 20; - une deuxième étape 22 de détermination d'une résistance de référence RRéf dudit conducteur électrique 15 2 ; - une troisième étape 23 de mesure de la tension Ut et du courant IC ; - une quatrième étape 24 de calcul d'une température Tt dudit conducteur électrique 2 ; 20 - une cinquième étape 25 de traitement de la température Tt calculée lors de la quatrième étape 24. Lors de l'étape d'initialisation 21, les pinces pique-fil mesurent la valeur initiale de la tension Uo, l'intensité de courant initiale Io et la température 25 ambiante initiale To, à l'instant t=0. Les mesures Uo, Io, et To sont les données d'entrées des moyens logiciels 11. Après l'étape d'initialisation 21, lors de la deuxième étape 22, les moyens logiciels déterminent une résistance de référence RRéf du conducteur électrique 2, 30 par exemple à 20°C. La résistance de référence RRéf à 20°C du conducteur électrique 2 est par exemple calculée au moyen de la relation : R20oc = 1 + a.(To ù 20) où a est un coefficient thermique du conducteur électrique ; par exemple a = 3,93x10-3 (°C)-1 si le conducteur électrique est en cuivre. La troisième étape 23 est une étape de mesure de la tension Ut et de l'intensité de courant It en temps réel. Ainsi, il est possible de déterminer, à chaque instant t, la température Tt du conducteur électrique 2 lors de la quatrième étape 24. La température Tt du conducteur électrique 2 est déterminée au moyen de la relation : f U _ T=\(R2o�-.h) +20 a où : Tt est la température du conducteur électrique en °C, à l'instant t ; Ut est la tension du conducteur électrique en V, à l'instant t ; R20"C est la résistance du conducteur électrique en û, à une température de 20°C ; It est le courant traversant le conducteur électrique en A, à l'instant t ; a est le coefficient thermique dudit conducteur électrique en (°C)-'. Enfin lors d'une cinquième étape 25, la température Tt calculée lors de la quatrième étape 24, est traitée de façon à interagir sur le boîtier de gestion électronique 4 qui limite ou désactive le courant du conducteur électrique ou plus simplement de façon à indiquer, au moyen d'un affichage, la température Tt du conducteur électrique 2 calculée. Ainsi, le dispositif de survei=_lance thermique de conducteur électrique de véhicule automobile selon l'invention permet de connaître la température globale du conducteur électrique en temps réel, notamment lors des validations du véhicule, permettant l'estimation précise de la marge de fonctionnement et l'optimisation de la section des conducteurs électriques. Les autres avantages de l'invention sont notamment les suivants : - détection d'anomalies : le dispositif de surveillance thermique intégré dans un boîtier de gestion électronique peut activer un témoin pour demander une vérification du conducteur électrique ; - augmentation de la sécurité avec la limitation 10 ou la désactivation du courant circulant dans le conducteur électrique ; - utilisation d'un conducteur électrique à sa limite de fonctionnement ; - réduction des coûts avec l'optimisation de la 15 section des conducteurs électriques ; - précision de mesure de la température du conducteur électrique ; - réactivité sans effet d'inertie thermique de la mesure de la température du conducteur électrique. 20