Brevet FR2951828A1 — publié le 20110429

"Procédé et dispositif de signalement de point chaud." La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant de signaler si un point chaud existe dans un circuit électrique, notamment un circuit électrique de véhicule. Aujourd'hui les contraintes de sécurité des véhicules sont de plus en plus exigeantes. En particulier, les circuits de distribution de puissance doivent être conçus de façon à ce qu'aucun aléa ne puisse entraîner de dégradation, voire de mise à feu d'élément. Malheureusement, on observe encore de nos jours des 15 cas de Court Circuits Aggravés (CCA). La cause des CCA provient généralement d'une surcharge localisée: - Soit au niveau des fils électriques et des autres liaisons permanentes ; - Soit au niveau des contacts électriques ; 20 - Soit au niveau des équipements eux-mêmes. On appelle point chaud une zone où se produit localement un dégagement de chaleur supérieur à la valeur nominale. Le dégagement de chaleur est lié à une dissipation locale de puissance dans une zone où la 25 résistance est de valeur plus élevée (P=RI2). Les points chauds les plus courants sont localisés au niveau des contacts électriques suite à leur usure ou leur corrosion ou tout simplement en cas de surcharge importante de la ligne. Ils sont particulièrement 30 difficiles à détecter car souvent inaccessibles à la mesure. De plus, l'impact sur le courant circulant dans la ligne est parfois faible. L'état connu de la technique ne propose pas de dispositif simple et satisfaisant de prévention ou de 35 détection a priori des points chauds. En cas d'investigations ou de contrôle ponctuel, on peut utiliser une camera thermique pour localiser les zones en surchauffe, à condition que celles-ci ne soient pas cachées. Ainsi, le document GB2358466 divulgue un procédé et dispositif utilisant une caméra pour générer une image thermique d'un circuit électrique de façon à contrôler le bon état de connexion de composants électroniques. En cas de doute sur une connectique, par exemple une cosse, il est aussi possible de mesurer directement la température atteinte avec une sonde appropriée. La camera thermique est un système lourd ne permettant pas de surveiller un système de façon prolongée. De plus les connectiques cachées (système clip/languette dans connecteur/embase) ne peuvent être détectées que de façon indirecte (élévation de température des fils ou du boîtier). Comme on ne sait pas a priori s'il y a des points chauds, il est coûteux d'équiper l'ensemble des points à risque de capteurs de température. Pour remédier aux inconvénients de l'état antérieur de la technique, l'invention a pour objet un procédé de signalement de point chaud entre deux extrémités d'un conducteur électrique. De façon remarquable, le procédé comprend des étapes consistant à : relever une courbe de test qui indique des valeurs de résistance électrique entre les deux dites extrémités lorsqu'on maintient un courant électrique dans ledit conducteur électrique ; signaler une existence de point chaud lorsque la courbe de test est détectée discordante par rapport à une évolution de résistance sans point chaud. Particulièrement, la courbe de test est détectée discordante lorsqu'elle dépasse un gabarit qui, plus particulièrement, est généré par amplification d'une courbe de référence relevée sur un circuit étalon sans point chaud. Encore plus particulièrement, la courbe de référence est modélisée par une équation de la forme : -t R(t)=Ro +Ra •(1ùe') où Ro est une valeur de résistance mesurée à un instant t nul et Re est une augmentation de valeur de résistance constatée dans le temps, l'amplification étant alors faite en prenant une valeur légèrement supérieure pour Ro et/ou Re. Particulièrement aussi, la courbe de test est détectée discordante lorsqu'elle présente un point d'inflexion. Avantageusement, la courbe de test est relevée en mesurant à différents instants successifs, une tension aux extrémités du conducteur électrique et en divisant la tension mesurée par le courant électrique de façon à obtenir la valeur de résistance électrique. L'invention a aussi pour objet un dispositif de signalement de point chaud entre deux extrémités d'un conducteur électrique, remarquable en ce qu'il est agencé pour exécuter tout ou partie des étapes du procédé selon l'invention. Avantageusement, le dispositif comprend : - des moyens pour mesurer à différents instants successifs, une tension aux extrémités du conducteur électrique ; - des moyens pour mesurer à différents instants successifs, un courant dans le conducteur électrique ; - et un outil numérique agencé pour obtenir une valeur de résistance électrique aux différents instants successifs en divisant la tension mesurée par ledit courant électrique. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 est un schéma qui représente une intégration de dispositif conforme à l'invention, dans un boîtier de commande ; - la figure 2 est un schéma qui représente une 5 intégration de dispositif conforme à l'invention, dans un outil autonome ; - les figures 3 et 4 sont des courbes utilisées pour mettre en oeuvre l'invention. Le mode de mise en oeuvre de l'invention décrit à 10 présent montre un processus permettant de détecter la présence de points chauds dans un circuit d'alimentation avant que l'énergie libérée ne détruise les équipements. Ce processus est particulièrement adapté pour les lignes de forte puissance utilisées dans les véhicules 15 hybrides ou électriques. En référence à la figure 1, un conducteur électrique 17 de puissance, souvent nommé Busbar, alimente en énergie un organe 20 à partir d'un boîtier de commande 10. Le boîtier de commande 10 comprend d'une part un 20 étage de puissance 16 dont la sortie est reliée à une borne 15, et d'autre part un coeur numérique 11 qui reçoit une valeur de courant I sur une voie 13 et une valeur de tension U sur une voie 14. L'étage de puissance 16 est commandé par le coeur numérique 11 via un conducteur de 25 commande 12. Le courant I est ici mesuré entre l'étage de puissance 16 et la borne 15. Une extrémité du conducteur électrique 17 de puissance est connectée sur la borne 15 et l'autre extrémité est connectée sur une borne 19 en entrée de l'organe 20. La tension U est mesurée entre 30 d'une part, la borne 15 par un conducteur d'instrumentation interne au boîtier de commande 10 et d'autre part, la borne 19 par un conducteur d'instrumentation 18 externe au boîtier de commande 10. Le procédé consiste à surveiller la résistance R de 35 ligne de façon dynamique (R=U/I) lors de l'application d'une charge élevée à la ligne d'alimentation. Le courant I est maintenu pendant toute la durée de la mesure et ceci de préférence à une valeur constante. Dans le cas d'une ligne "normale", la variation de résistance en fonction du temps est exponentielle car elle dépend principalement de l'élévation de température du conducteur principal. En cas de présence d'un point chaud, la variation de résistance de la partie en anomalie n'est plus négligeable devant celle du conducteur principal. La courbe de variation de résistance n'est plus exponentielle. Un système de surveillance détecte alors une sortie de gabarit ou un point d'inflexion et signale l'anomalie. Afin de mettre en oeuvre le procédé, le boîtier de 15 commande 10 permet la mesure à chaque instant t, des valeurs: - U(t) qui quantifie la tension électrique présente entre les deux extrémités de la ligne d'alimentation à surveiller ; 20 - I(t) qui quantifie le courant électrique circulant à chaque instant dans le conducteur. Ces deux mesures sont synchronisées sur l'application d'une commande tout ou rien d'alimentation de la charge. 25 On calcule alors la valeur: R(t) _ I tk-O Comme expliqué ci-dessus, la figure 1 représente une configuration où le dispositif de mesure est intégré à un calculateur existant, en particulier ici dans le 30 calculateur qui pilote le courant dans la ligne de puissance. La détection dynamique de point chaud est effectuée conformément au processus défini plus loin dans la description. 35 La figure 2 présente un outil de détection de point chaud. Dans la configuration représentée en figure 2, un appareil de mesure 21 a été conçu de façon à pouvoir faire une détection dynamique de point chaud. Un organe 30 est connecté à une extrémité de conducteur électrique 27 de puissance par une borne 29. L'autre extrémité du conducteur électrique 27 de puissance est connectée à un boîtier de servitude 22 par une borne 25. Une pince ampérométrique 23 communique à l'appareil 21, une valeur I(t) de courant mesurée dans le conducteur électrique 27. Deux conducteurs d'instrumentation 24 et 28, branchés respectivement sur les bornes 25 et 29, communiquent à l'appareil 21, une valeur U(t) de tension mesurée aux extrémités du conducteur électrique 27. De façon à constituer un outil mobile de détection de point chaud, l'appareil 21 comprend un processeur et une mémoire qui contient un programme exécutable par le processeur pour effectuer une détection dynamique de point chaud qui se base sur le principe de calcul expliqué à présent. Le coeur 11 est configuré de façon identique pour la réalisation illustrée par la figure 1. La détection dynamique de point chaud consiste à surveiller la résistance de ligne de façon dynamique R(t)=U(t)/I(t) ) lors de l'application d'une charge élevée à la ligne d'alimentation. Pendant les mesures, le courant électrique est maintenu, et ceci de préférence à une valeur constante. Dans le cas normal, R(t) suit une courbe exponentielle de type: -t 30 R(t)=Ro+R0.(1-eti) avec: RO = Résistance initiale Re = Augmentation de résistance liée à la température. En d'autres termes, à température 35 stabilisée, la résistance est de valeur sensiblement égale à R0+ Re. z = Constante de temps liée au circuit électrique. Dans le cas où la résistance est localement plus forte que pour le reste du circuit, le courant provoque à cet endroit une élévation de température plus rapide que pour le reste de la ligne (P=RI2). De plus la résistance augmente avec la température. La résistance globale du circuit augmente donc de façon plus rapide que si la conductivité du circuit était identique en chaque endroit du circuit. Ce phénomène est détectable principalement à partir du moment où la température du point chaud devient suffisamment supérieure à celle du reste du circuit. Les relevés de mesure présentés sur les figures 3 et 4 font apparaître ce phénomène sur des cas réels qui sont exploités dans les deux modes de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Le premier mode de mise en oeuvre, basé sur une détection par comparaison à un gabarit, comprend les étapes suivantes: Etape 1: Relever la courbe de variation de résistance R(t)=U(t)/I(t) sur un circuit étalon. On obtient alors une courbe de référence du type de la courbe 41 représentée sur la figure 3 ou de la courbe 45 représentée sur la figure 4. _t Etape 2: Créer un modèle du type R(t) = Ro +Ra .0ùel ) 25 en étalonnant les paramètres Ro, Re, z à partir du relevé de l'étape 1. Etape 3: Créer un gabarit max du type _t Rmax(t) = Romax +Remax • (1ùe') en prenant des paramètres légèrement supérieurs à Ro et/ou à Re. On obtient alors 30 un gabarit du type de la courbe 42 représentée sur la figure 3 ou de la courbe 46 représentée sur la figure 4. Le gabarit donne une marge de tolérance sur un écart avec la courbe de référence. Etape 4: Utiliser le gabarit en signalant tout 35 dépassement de la valeur Rmax en temps réel ou a posteriori sur le circuit à tester. Les courbes 43 et 47 respectivement sur les figures 3 et 4 représentent des exemples de courbes de test qui indiquent des valeurs de résistance électrique entre les extrémités d'un conducteur électrique pour lequel il existe un point chaud. Le dépassement de la courbe 42, respectivement 46, par la courbe 43, respectivement 47, fait état d'une discordance par rapport à une évolution de résistance en absence de point chaud. On notera qu'en utilisant les lois de variation de résistance des conducteurs en fonction de la température, il est possible d'ajuster Roälax , Reina. , Tmax en fonction de la température ambiante. Le deuxième mode de mise en oeuvre, basé sur une détection par calcul de dérivée seconde, est d'exécution 15 plus simple. Comme le font apparaître les relevés expérimentaux repris sur les figures 3 et 4, le point chaud provoque un point d'inflexion de la courbe R(t). On note que la dérivée première de la fonction 20 exponentielle qui modélise l'évolution de résistance, est constamment décroissante à partir d'une valeur positive maximale à l'instant t=0 pour tendre vers zéro lorsque le temps t tend vers l'infini. En d'autres termes, la dérivée seconde d'une courbe d'évolution de la 25 résistance, est constamment négative en absence de point chaud. Le calculateur peut donc détecter ce point d'inflexion par les méthodes classiques de calcul numérique de la dérivée seconde. 30 Lorsqu'à un pas de temps t la dérivée seconde instantanée devient positive comme c'est le cas au point 44 de la courbe 43 et au point 48 de la courbe 47, et après confirmation sur plusieurs pas, le calculateur signale l'anomalie au système. 35 Le deuxième mode de mise en oeuvre ne nécessite pas de relever une courbe de référence sur un étalon dans la mesure où on sait que la courbe de référence a une dérivée seconde constamment négative. Le deuxième mode de mise en oeuvre ne nécessite pas non plus de générer un gabarit car une détection de changement de signe de la dérivée seconde suffit, quelque soit la courbe de test. D'autres algorithmes que ceux expliqués ci-dessus sont possibles sans sortir du cadre de la présente invention. Cependant, dans tous les cas il convient d'estimer la résistance, notamment en faisant l'acquisition de U(t) et I(t). L'invention est particulièrement intéressante pour être appliquée industriellement aux véhicules électriques ou hybrides, pour lesquels il importe de limiter au minimum les résistances parasites quel que soit le processus de fabrication et d'assemblage utilisé et pendant toute la durée de vie du véhicule. Les points chauds peuvent survenir dans deux cas: 1) Lorsque le processus de fabrication n'est pas suffisamment fiable et répétitif, des points chauds peuvent apparaître sur les véhicules en sortie de ligne. Un système de mesure sur la chaîne de montage lors du test du véhicule ou des sous-ensembles permet alors d'augmenter la qualité et le taux de détection des défauts de connectique, notamment pour l'assemblage boulonné sur cosse ou pour les sertissages. 2) Lors de l'usure normale ou accélérée de la connectique (corrosion), des points chauds peuvent apparaître. La détection en temps réel installée dans les calculateurs de commande, permet alors d'améliorer la sécurité en diminuant les risques d'incendie par Court Circuits Aggravés et la détection des pannes critiques par apparition d'une alerte dès le début du phénomène avant aggravation. REVENDICATIONS1. Procédé de signalement de point chaud entre deux extrémités (15,19,25,29) d'un conducteur électrique (17,27), comprenant des étapes consistant à : - relever une courbe de test (43,47) qui indique des valeurs de résistance électrique entre les deux dites extrémités lorsqu'on maintient un courant électrique (I) dans ledit conducteur électrique (17,27); - signaler une existence de point chaud lorsque la courbe de test (43,47) est détectée discordante par rapport à une évolution de résistance sans point chaud. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la courbe de test (43,47) est détectée discordante lorsqu'elle dépasse un gabarit (42,46). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le gabarit (42,46) est généré par amplification d'une courbe de référence (41,45) relevée sur un circuit étalon sans point chaud. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la courbe de référence (41,45) est modélisée par une équation de la forme : -t R(t)=Ro+R0.(1-eti) où Ro est une valeur de résistance mesurée à un instant t nul et Re est une augmentation de valeur de résistance constatée dans le temps ; et en ce que l'amplification est faite en prenant une 30 valeur légèrement supérieure pour Ro et/ou Re. 5. Procédé selon la selon la revendication 1, caractérisé en ce que la courbe de test (43,47) est détectée discordante lorsqu'elle présente un point d'inflexion (44,48). 35 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la courbe de test est relevée en mesurant à différents instants successifs, unetension (U) aux extrémités du conducteur électrique et en divisant la tension mesurée par ledit courant électrique (I) pour obtenir la valeur de résistance électrique (R). 7. Dispositif de signalement de point chaud entre deux extrémités (15,19,25,29) d'un conducteur électrique (17,27), caractérisé en ce qu'il est agencé pour exécuter les étapes du procédé selon l'une des revendications précédentes. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé 10 en ce qu'il comprend : - des moyens (14, 24, 28) pour mesurer à différents instants successifs, une tension (U) aux extrémités du conducteur électrique ; - des moyens (13, 23) pour mesurer à différents 15 instants successifs, un courant (I) dans le conducteur électrique ; - et un outil numérique (11, 21) agencé pour obtenir une valeur de résistance électrique (R) aux différents instants successifs en divisant la tension (U) 20 mesurée par ledit courant électrique (I).