Brevet FR2972687A1 — publié le 20120921

STOCKEUR DE TRACTION MUNI D'UN DISPOSITIF D'ANALYSE D'ETAT DE FONCTIONNEMENT DE CONTACTEURS, VEHICULE ET PROCEDE D'UTILISATION ASSOCIES [01] DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION s [02] L'invention concerne un stockeur de traction muni d'un dispositif d'analyse d'état de fonctionnement de contacteurs ainsi que le véhicule et le procédé d'utilisation associés. La présente invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des véhicules automobiles hybrides et électriques. Io [03] ETAT DE LA TECHNIQUE [4] On connaît des véhicules hybrides ou électriques comportant une machine électrique associée, généralement par l'intermédiaire d'un dispositif onduleur, à un stockeur de traction hautement énergétique. Ce stockeur de traction comporte un circuit de puissance formé par une batterie ls d'accumulateurs, chaque pôle de cette batterie étant reliée à une cosse de connexion. [5] Les tensions générées par un tel stockeur sont élevées et de ce fait potentiellement dangereuses en cas de contact direct entre les bornes positives et négatives d'un accumulateur. 20 [06] Pour éviter de tels contacts, ces stockeurs de traction sont équipés de contacteurs installés entre une borne de la batterie et une cosse de connexion. Ces contacteurs permettent d'ouvrir ou de fermer le circuit de puissance et d'isoler les batteries du véhicule. [7] Afin d'assurer le bon fonctionnement et la sécurité du système, il 25 est nécessaire de diagnostiquer l'état de fonctionnement des contacteurs. [8] Une des solutions proposées pour réaliser le diagnostic de l'état de fonctionnement de ces contacteurs est l'utilisation de contacteurs ayant un retour d'état. Cependant, du fait des fortes puissances utilisées dans les batteries de véhicules hybrides et électriques et de la proximité au sein d'un même boîtier de niveaux de tension et de puissance très différents, la conception et la réalisation de tels contacteurs sont complexes. [9] Il est également connu d'estimer l'état des contacteurs via la mesure des tensions en amont et en aval de chaque contacteur. Cependant, s ce procédé nécessite une conception complexe et donc plus chère du fait de la proximité de niveaux de tensions élevés au sein d'une même carte électronique de contrôle. [10] OBJET DE L'INVENTION [11] L'invention a notamment pour but de simplifier les dispositifs Io d'analyse d'état de fonctionnement de contacteurs existants tout en améliorant leur robustesse et en diminuant leur coût de fabrication. [12] A cet effet, l'invention concerne un stockeur de traction comportant - une batterie d'accumulateurs comportant deux bornes ayant des polarités opposées, 15 - deux contacteurs, - deux cosses de connexion, - chaque cosse de connexion étant reliée à une borne de la batterie par l'intermédiaire d'un contacteur, - un dispositif d'analyse d'état de fonctionnement de contacteurs, 20 caractérisé en ce que ce dispositif d'analyse d'état de fonctionnement de contacteurs comporte - deux dipôles présentant chacun d'une part un premier contact connecté à une des bornes de la batterie et d'autre part un deuxième contact connecté à la cosse associée à la borne de la batterie ayant une polarité 25 opposée à celle à laquelle le premier contact du dipôle est connecté, et - un dispositif de contrôle apte à commander la fermeture des contacteurs et à détecter le passage du courant dans les dipôles. [013] Selon une réalisation, le stockeur comprend deux opto-coupleurs 30 comportant chacun une diode et un phototransistor, chaque dipôle étant formé par une résistance branchée en série avec une diode, les phototransistors des opto-coupleurs étant associés au dispositif de contrôle. [014] Les opto-coupleurs permettent de réaliser une isolation galvanique entre le circuit de puissance comprenant la batterie d'accumulateurs et le dispositif de contrôle. On peut donc les utiliser dans des boîtiers ayant plusieurs niveaux de tension et de puissance très différents. s [015] Selon une réalisation, le stockeur comprend deux dipôles comportant chacun en outre un condensateur branché en série et une résistance de décharge branchée en parallèle du condensateur. [016] Selon une réalisation, le stockeur comprend deux opto-coupleurs comportant chacun deux diodes branchées en parallèle. Io [017] Selon une réalisation, le stockeur comprend deux opto-coupleurs tels que pour chacun l'anode de la première diode est branchée à la cathode de la deuxième diode et la cathode de la première diode est branchée à l'anode de la deuxième diode. [018] L'invention concerne en outre un procédé de vérification de l'état ls de fonctionnement des contacteurs d'un stockeur selon l'invention comportant les étapes suivantes : - fermeture d'au moins un contacteur, - détection de la présence de courant dans le dipôle correspondant, - détermination de l'état de fonctionnement du contacteur en fonction de la 20 présence ou non de courant dans le dipôle, et - ouverture du contacteur. [19] L'invention concerne en outre un véhicule électrique ou hybride muni d'un stockeur de traction selon l'invention. [20] BREVE DESCRIPTION DES FIGURES 25 [021] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent : [22] Figure 1 : une représentation schématique d'un stockeur de traction muni d'un dispositif de contrôle d'état de fonctionnement de contacteurs selon l'invention ; [23] Figure 2 : une représentation schématique du dispositif de contrôle s d'état de fonctionnement de contacteurs selon l'invention ; [24] Figure 3 : une représentation schématique d'une première variante de réalisation du dispositif de contrôle d'état de fonctionnement de contacteurs selon l'invention ; [25] Figure 4: une représentation schématique d'une deuxième io variante de réalisation du dispositif de contrôle d'état de fonctionnement de contacteurs selon l'invention ; [26] Figure 5 : un diagramme montrant les différentes étapes mises en oeuvre dans le procédé selon l'invention ; [27] Figure 6 : une représentation schématique d'un véhicule muni d'un ls stockeur de traction selon l'invention. [28] Les éléments identiques conservent les mêmes références d'une Figure à l'autre. [29] La Figure 1 montre un stockeur de traction 1 selon l'invention comportant une batterie d'accumulateurs 2 ayant deux bornes de sortie de 20 polarité opposées : une borne 3 correspondant à la polarité positive, une borne 4 correspondant à la polarité négative, deux contacteurs 5, 6, et deux cosses 7, 8 de connexion. La borne 3 de sortie est reliée à la cosse 7 par l'intermédiaire du contacteur 5, tandis que la borne 4 de sortie est reliée à la cosse 8 par l'intermédiaire du contacteur 6. 25 [030] Le stockeur 1 de traction comporte en outre un dispositif 9 d'analyse d'état de fonctionnement de contacteurs comprenant deux dipôles 10, 11, et un dispositif de contrôle 12. [031] Plus précisément, le dipôle 10 comporte d'une part un premier contact 10.1 connecté à la borne 4 de polarité négative et d'autre part un deuxième contact 10.2 connecté à la cosse 7 associée à la borne 3 de polarité positive. Le dipôle 11 comporte d'une part un premier contact 11.1 connecté à la borne 3 de polarité positive et d'autre part un deuxième contact 11.2 connecté à la cosse 8 associée à la borne 4 de polarité négative. s [032] Le dispositif de contrôle 12 est capable de piloter la fermeture et l'ouverture des contacteurs 5, 6, ainsi que de détecter le passage du courant 11,12 dans les dipôles 10, 11. [33] Selon une mise en oeuvre du procédé selon l'invention (cf. Figure 5), le dispositif 12 de contrôle commande, dans une étape 100, la fermeture io successive ou simultanée les contacteurs 5, 6. Le dispositif 12 de contrôle détecte, dans une étape 101, si un courant 11, 12 parcourt ou non le dipôle 11, 12 correspondant au contacteur 5, 6 fermé. Si le dispositif 12 de contrôle détecte qu'un courant 11, 12 parcourt le dipôle 10, 11, alors on en déduit que le contacteur 5, 6 fonctionne correctement (cf étape 102). Si, au contraire, le ls dispositif 12 de contrôle ne détecte aucun courant parcourant le dipôle 10 (respectivement 11), alors on en déduit que le contacteur 5 (respectivement 6) correspondant est défaillant et ne se ferme pas correctement (cf. étape 103). [34] La Figure 2 montre un exemple de réalisation du dispositif 9 20 d'analyse d'état de fonctionnement de contacteurs comprenant les dipôles 10, 11 et le dispositif 12 de contrôle. [35] Dans cette réalisation, on utilise des opto-coupleurs 15, 16 formés par chacun une diode 15.1, 16.1 et un phototransistor 15.2, 16.2. Chaque dipôle 10, 11 comporte ainsi une résistance 13, 14 branchée en série avec la 25 diode 15.1, 16.1 de l'opto-coupleur 15, 16. Le dispositif 12 de contrôle intègre les phototransistors 15.2, 16.2 des opto-coupleurs 15, 16. Les phototransistors 15.2, 16.2 des opto-coupleurs 15,16 sont de type NPN ou PNP. Les résistances 13, 14 sont dimensionnées de sorte que le courant 11, 12 circulant dans les dipôles 10, 11 soit le courant minimum nécessaire à 30 l'activation des diodes 15.1, 15.2. [36] Plus précisément, la borne 13.1 de la résistance 13 est connectée à l'anode de la diode 15.1 tandis que la borne 13.2 de la résistance 13 est connectée à la borne 3 positive de la batterie 2. La cathode de la diode 15.1 est reliée à la cosse 8 de polarité négative. De même, la borne 14.1 de la résistance 14 est connectée à l'anode de la diode 16.1 tandis que la borne 14.2 de la résistance 14 est connectée à la cosse 7 associée à la borne s positive de la batterie 2. La cathode de la diode 16.1 est reliée à la borne 4 négative de la batterie 2. [37] Lors d'une utilisation de ce dispositif 9, le dispositif 12 de contrôle ferme le contacteur 5 (respectivement 6). Si le contacteur 5 (respectivement 6) fonctionne correctement, un courant 11 (respectivement 12) circule dans le io dipôle 10 (respectivement 11). Le courant 11 (respectivement 12) passe dans la résistance 13 (respectivement 14) puis dans la diode 15.1 (respectivement 16.1). La diode 15.1 (respectivement 16.1) émet alors de la lumière qui est captée puis transformée en courant par le phototransistor 15.2 (respectivement 16.2) du dispositif 12 de contrôle. La partie du dispositif 12 ls de contrôle associée au phototransistor 15.2 (respectivement 16.2) interprète alors la présence du courant comme une indication du bon fonctionnement du contacteur 5 (respectivement 6). [38] Dans le cas où le contacteur 5 (respectivement 6) ne se ferme pas correctement, aucun courant ne circule dans le dipôle 10 (respectivement 11) 20 et le phototransistor 15.2 (respectivement 16.2) ne reçoit pas de lumière provenant de la diode 15.1 (respectivement 16.1). La partie du dispositif 12 de contrôle associée au phototransistor 15.2 (respectivement 16.2) ne détecte pas de courant et en déduit le disfonctionnement du contacteur 5 (respectivement 6). 25 [039] L'utilisation d'opto-coupleurs 15, 16 permet de réaliser une isolation galvanique entre le circuit comportant la batterie 2, les contacteurs 5, 6, les dipôles 10, 11, et le dispositif de contrôle 12. [040] La figure 3 montre une première variante de réalisation du dispositif 9 d'analyse d'état de fonctionnement de contacteur dans laquelle le 30 dipôle 10 comporte en outre un condensateur 17 branché en série avec la résistance 13 et une résistance de décharge 19 branchée en parallèle du condensateur 17. De la même manière, le dipôle 11 comporte en outre un condensateur 18 branché en série avec la résistance 14 et une résistance de décharge 20 branchée en parallèle du condensateur 18. [41] Plus précisément, la borne 17.1 du condensateur 17 est connectée à la borne 13.2 de la résistance 13 tandis que la borne 17.2 du condensateur s 17 est connectée à la borne 3 positive de la batterie 2. La borne 19.1 de la résistance 19 est connectée à la borne 17.1 du condensateur 17 et la borne 19.2 de la résistance 19 est connectée à la borne 17.2 du condensateur 17. De même, la borne 18.1 du condensateur 18 est connectée à la borne 14.2 de la résistance 14 tandis que la borne 18.2 du condensateur 18 est io connectée à la cosse 7 associée à la borne positive de la batterie 2. La borne 20.1 de la résistance 20 est connectée à la borne 18.1 du condensateur 18 et la borne 20.2 de la résistance 20 est connectée à la borne 18.2 du condensateur 18. [42] La valeur des condensateurs 17, 18 est choisie de sorte qu'après ls une durée définie après la fermeture des contacteurs 5, 6 associés, ces condensateurs 17, 18 soient chargés. Dans un exemple, cette durée est de l'ordre de 250 ms. [43] Les condensateurs 17, 18 se comportent alors comme des interrupteurs ouverts, ce qui permet aux courants 11, 12 de passer dans les 20 résistances 19, 20 de décharge. Du fait de l'association en série des deux résistances 13 et 19, 14 et 20, le courant circulant dans le dipôle 10, 11 devient très faible. [44] Lors de l'ouverture du contacteur 5 (respectivement 6), le condensateur 17 (respectivement 18) se décharge dans la résistance 19 25 (respectivement 20) de décharge. La valeur des résistances 19, 20 de décharge, très élevée, est choisie en fonction de la durée de décharge souhaitée des condensateurs 17, 18. Dans un exemple cette durée est de l'ordre de 250 ms. [45] La figure 4 montre une deuxième variante de réalisation du 30 dispositif 9 d'analyse d'état de fonctionnement de contacteur dans laquelle les opto-coupleurs 15, 16 ne comportent pas une mais deux diodes 15.1 et 15.3, 16.1 et 16.3, branchées en parallèle Plus précisément, l'anode de la diode 15.1 (respectivement 16.1) est branchée à la cathode de la diode 15.3 (respectivement 16.3) et la cathode de la diode 15.1 (respectivement 16.1) est branchée à l'anode de la diode 15.3 (respectivement 16.3). Le dipôle 10 (respectivement 11) comporte en outre un condensateur 17 (respectivement s 18) branché en série avec la résistance 13 (respectivement 14), de la même manière que dans la première variante de la figure 3. [46] Les diodes 15.1, 16.1 permettent de détecter la fermeture des contacteurs 5, 6. Les diodes 15.3, 16.3 permettent, lors de l'ouverture du contacteur 5, 6 associé et en maintenant fermé le contacteur 6, 5 non io associé, de détecter ladite ouverture tout en déchargeant le condensateur 17, 18. [47] La figure 6 montre un véhicule 21 muni d'un stockeur de traction 1 selon l'invention. Ce véhicule comporte une machine 22 électrique assurant seule ou avec un moteur 23 thermique la traction d'un des trains 24, 25 du ls véhicule 21. La machine 22 est en relation avec le stockeur 1 de traction par l'intermédiaire d'un dispositif 26 onduleur apte à transformer la tension continue de la batterie 2 du stockeur 1 de traction en une tension alternative appliquée sur les bornes de la machine 22 lorsque cette dernière fonctionne en mode moteur. Le dispositif 26 onduleur est également apte à transformer 20 la tension alternative générée par la machine 22 électrique en une tension continue appliquée sur les bornes de la batterie 2 du stockeur 1 de traction lorsque la machine 22 fonctionne en mode générateur. REVENDICATIONS1. Stockeur de traction (1) comportant : - une batterie (2) d'accumulateurs comportant deux bornes (3, 4) s ayant des polarités opposées, - deux contacteurs (5, 6), - deux cosses de connexion (7, 8), - chaque cosse (7, 8) de connexion étant reliée à une borne (3, 4) de la batterie par l'intermédiaire d'un contacteur (5, 6), io - un dispositif d'analyse d'état de fonctionnement de contacteurs, caractérisé en ce que ce dispositif (9) d'analyse d'état de fonctionnement de contacteurs (5, 6) comporte - deux dipôles (10, 11) présentant chacun d'une part un premier contact (10.1, 11.1) connecté à une des bornes (3, 4) de la batterie et d'autre ls part un deuxième contact (10.2, 11.2) connecté à la cosse (8, 7) associée à la borne (4, 3) de la batterie ayant une polarité opposée à celle à laquelle le premier contact (10.1, 11.1) du dipôle (10, 11) est connecté, et - un dispositif (12) de contrôle apte à commander la fermeture des contacteurs (5, 6) et à détecter le passage d'un courant (11, 12) dans les 20 dipôles (10, 11). 2. Stockeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux opto-coupleurs (15, 16) comportant chacun une diode (15.1, 16.1) et un phototransistor (15.2, 16.2), 25 - chaque dipôle (10, 11) étant formé par une résistance (13, 14) branchée en série avec une diode (15.1, 16.1), - les phototransistors (15.2, 16.2) des opto-coupleurs (15, 16) étant associés au dispositif (12) de contrôle. 30 3. Stockeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dipôles (10, 11) comportent chacun en outre un condensateur (17, 18) branché en série et une résistance (19, 20) de décharge branchée en parallèle du condensateur (17, 18). 4. Stockeur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce les optocoupleurs (15, 16) comportent chacun deux diodes (15.1, 15.3, 16.1, 16.3) branchées en parallèle. s 5. Stockeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que pour chaque opto-coupleur (15, 26), l'anode de la première diode (15.1, 16.1) est branchée à la cathode de la deuxième diode (15.2, 16.2) et la cathode de la première diode (15.1, 16.1) est branchée à l'anode de la deuxième diode (15.2, 16.2). Io 6. Procédé de vérification de l'état de fonctionnement des contacteurs (5, 6) d'un stockeur (1) selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - fermeture d'au moins un contacteur (5, 6), ls - détection de la présence de courant (11, 12) dans le dipôle (10, 11) correspondant, - détermination de l'état de fonctionnement du contacteur (5, 6) en fonction de la présence ou non de courant (11, 12) dans le dipôle (10, 11), et - ouverture du contacteur (5, 6). 20 7. Véhicule (21) électrique ou hybride muni d'un stockeur (1) de traction selon l'une des revendications 1 à 5.