Brevet FR2978628A1 — publié le 20130201

PROCEDE DE PROTECTION DE CABLES CONTRE LES ECHAUFFEMENTS DANS UN VEHICULE AUTOMOBILE HYBRIDE OU ELECTRIQUE L'invention se rapporte à un procédé de protection de câbles électriques de puissance contre les échauffements par effet Joule dans un véhicule automobile hybride ou électrique. Comme le montre la figure 1, un véhicule automobile hybride ou électrique classique comporte généralement, outre une chaîne de traction 15 reliée au train avant AV, au moins une batterie électrique de traction 1 reliée au train arrière AR, un onduleur 2 et une machine électrique 3 triphasée. De plus, un câble électrique de puissance 4 à courant continu (DC) et un câble électrique de puissance 5 à courant alternatif (AC) triphasé relient l'onduleur 2 respectivement à la batterie 1 et à la machine électrique 3. Comme détaillé sur la figure 2, l'onduleur 2 est généralement composé de six interrupteurs pilotés 6 à 11. Lorsque l'onduleur 2 présente une défaillance et qu'il n'est plus en mesure de piloter convenablement la machine électrique 3, il peut être placé dans un mode refuge appelé "Active Short Circuit" (ASC), présentant l'avantage de désactiver la machine électrique 3 tout en limitant les tensions aux bornes du système. Le mode ASC se caractérise par une fermeture simultanée des interrupteurs 9, 10 et 11 ou des interrupteurs 6, 7 et 8. Cette façon de procéder présente l'inconvénient de faire circuler un courant d'intensité importante dans les câbles électriques de puissance 4 et/ou 5. Il est certes théoriquement possible de dimensionner les câbles pour qu'ils supportent ce courant. Cependant, en pratique, pour des contraintes de coût et de montage, les câbles ne sont généralement pas prévus pour cette phase de vie et l'apparition de ce courant crée donc une panne immobilisante, c'est-à-dire que le véhicule est immédiatement arrêté sans préavis pour le conducteur. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient. Dans ce but, la présente invention propose un procédé de protection de câbles électriques de puissance contre les échauffements dans un véhicule automobile comportant une chaîne de traction hybride ou électrique, ce véhicule comportant une machine électrique de traction triphasée et un onduleur comportant un premier groupe d'interrupteurs pilotés et un second groupe d'interrupteurs pilotés, un câble électrique de puissance triphasé reliant l'onduleur et la machine électrique, ce procédé étant remarquable en ce qu'il comporte des étapes consistant à : lorsque le premier groupe d'interrupteurs pilotés ou le second groupe d'interrupteurs pilotés est fermé, estimer l'échauffement par effet Joule du câble triphasé, à partir de l'intensité du courant mesurée dans chacune des trois phases du câble triphasé et du temps écoulé depuis la fermeture du premier ou second groupe d'interrupteurs ; et lorsque l'échauffement du câble triphasé atteint un seuil prédéterminé, demander l'arrêt du véhicule. Ainsi, l'invention permet d'éviter une dégradation du câble liée à son échauffement par effet Joule, voire un risque d'incendie du véhicule en raison d'une inflammation du câble, tout en laissant le conducteur rouler à la suite d'un passage en mode dégradé. Cela permet d'éviter un arrêt brutal du véhicule qui pourrait être dangereux. En outre, l'invention permet de s'affranchir de l'utilisation d'un capteur de température additionnel. L'invention permet également de limiter la taille des câbles, ce qui représente un gain économique par véhicule ainsi qu'un gain en usine car le montage est facilité. Selon une caractéristique particulière, le procédé comporte en outre une étape consistant à activer une alerte dans le véhicule lorsque le premier ou second groupe d'interrupteurs est fermé. Cette étape d'activation d'alerte peut par exemple consiste à allumer un voyant rouge prévu dans l'habitacle du véhicule, par exemple sur le tableau de bord. Dans un mode particulier de réalisation, l'étape d'estimation de l'échauffement du câble comprend des étapes consistant à : initialiser un compteur de joules à la valeur zéro ; mesurer périodiquement l'intensité du courant instantané qui traverse une des trois phases du câble ; et à l'issue de chaque étape de mesure, additionner le produit de cette intensité par elle-même à la valeur du compteur de joules. Dans un mode particulier de réalisation, dans lequel l'onduleur comporte un microcontrôleur, l'étape d'estimation de l'échauffement du câble est effectuée par le microcontrôleur de l'onduleur et l'étape de demande d'arrêt du véhicule consiste à transmettre à la chaîne de traction une demande d'arrêt du véhicule à partir du microcontrôleur de l'onduleur. En variante, lorsque la chaîne de traction comporte un microcontrôleur, l'étape d'estimation de l'échauffement du câble est effectuée par le microcontrôleur de la chaîne de traction et l'étape de demande d'arrêt du véhicule consiste à demander l'arrêt du véhicule à partir du microcontrôleur de la chaîne de traction. Dans le même but que celui indiqué plus haut, la présente invention propose également un véhicule automobile comportant une chaîne de traction hybride ou électrique, le véhicule comportant une machine électrique de traction triphasée et un onduleur comportant un premier groupe d'interrupteurs pilotés et un second groupe d'interrupteurs pilotés, un câble électrique de puissance triphasé reliant l'onduleur et la machine électrique, le véhicule étant remarquable en ce qu'il comporte des moyens adaptés à mettre en oeuvre des étapes d'un procédé tel que succinctement décrit ci-dessus. Selon une caractéristique particulière, ces moyens consistent en un microcontrôleur. Dans un mode particulier de réalisation, le microcontrôleur est compris dans l'onduleur. En variante, le microcontrôleur est compris dans la chaîne de traction. Les avantages de ce véhicule sont identiques à ceux du procédé et ne sont donc pas répétés ici. D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels : - la figure 1, déjà décrite, représente de façon schématique certains éléments constitutifs d'un véhicule automobile hybride ou électrique classique ; - la figure 2, déjà décrite, représente de façon plus détaillée un onduleur relié à une batterie et à une machine électrique dans un véhicule automobile hybride ou électrique classique ; et - la figure 3 est un organigramme illustrant les principales étapes 35 d'un procédé de protection de câbles contre les échauffements conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation. Dans le cadre de la présente invention, on considère un véhicule automobile comportant une chaîne de traction hybride électrique ou entièrement électrique, du type du véhicule illustré sur la figure 1. Ainsi, ce véhicule comporte une chaîne de traction 15, une machine électrique de traction 3 triphasée, une batterie électrique de traction 1 et un onduleur 2 comportant un premier groupe d'interrupteurs pilotés 6, 7, 8 et un second groupe d'interrupteurs pilotés 9, 10, 11. Un câble électrique de puissance DC 4 relie l'onduleur 2 et la batterie 1 et un câble électrique de puissance AC triphasé 5 relie l'onduleur 2 et la machine électrique 3. Sur la figure 1, à titre d'exemple nullement limitatif, la machine électrique de traction 3 est reliée au train arrière AR du véhicule et la chaîne de traction 15 est reliée au train avant AV. Cependant, on pourrait tout aussi bien avoir la configuration inverse (machine électrique reliée au train AV et chaîne de traction reliée au train AR). Conformément à l'invention, lorsque le véhicule passe en mode dégradé dit "Active Short Circuit" (ASC), on estime l'échauffement par effet Joule du câble triphasé 5, sur la base, d'une part, de l'intensité instantanée du courant mesuré sur une des phases 12, 13 ou 14 (voir figure 2) et, d'autre part, du temps écoulé depuis le passage en mode ASC. La finalité de cette opération est de laisser rouler le véhicule en y activant cependant une alerte, du type allumage d'un voyant rouge, par exemple dans l'habitacle, par exemple sur le tableau de bord, jusqu'à ce que l'échauffement mesuré atteigne un certain seuil. Ce seuil est choisi de façon appropriée pour éviter un risque d'inflammation du câble 5 lié à l'échauffement de ce dernier par effet Joule. Au-delà de ce seuil, on demande l'arrêt du véhicule. L'organigramme de la figure 3 montre la succession d'étapes effectuées à partir du moment où on détecte que le véhicule passe en mode ASC (test 30). Ce mode ASC est détecté lorsque les interrupteurs 6, 7, 8 du premier groupe d'interrupteurs pilotés de l'onduleur 2 sont fermés simultanément, ou bien lorsque les interrupteurs 9, 10, 11 du second groupe d'interrupteurs pilotés de l'onduleur 2 sont fermés simultanément. Lorsque l'onduleur 2 est placé en mode ASC, le véhicule continue de rouler par la chaîne de traction 15 et une estimation de l'échauffement est effectuée. Pour cela, tout d'abord, une étape 32 consiste à initialiser un compteur de joules Cpt_Joules à la valeur zéro. Puis, de façon périodique, on mesure lors d'une étape 34 l'intensité instantanée du courant, notée (_instantané, dans une des phases ((_Phase) 12, 13 ou 14 du câble triphasé 5. L'estimation de l'échauffement est obtenue lors d'une étape 36 également effectuée de façon périodique, à la suite de l'étape 34, en additionnant le produit du courant mesuré (_instantané par lui-même à la valeur courante du compteur de joules Cpt_Joules. L'estimation de l'échauffement revient donc à faire le calcul suivant : Cpt _ Joules ^ J I _ Phase 2 dt Puis également de façon périodique, à la suite de l'étape 36, on compare lors d'un test 38 la valeur courante de Cpt_Joules à un seuil maximum Seuil_Joules_Max. Ce seuil est à déterminer en fonction de l'impédance du câble 5, de la période d'exécution du calcul ainsi que de la température maximale pouvant être supportée par le câble 5. Par exemple, si on note W_ASC l'énergie maximale autorisée à dissiper en mode dégradé et R_ligne la résistance globale de ligne du câble 5, on peut choisir Seuil_Joules_Max = (W_ASC/R_ligne)xCoeff d'ajustement, Coeff d'ajustement étant une valeur tenant compte notamment des résistances de contact des connecteurs qui sont prépondérants. Si la valeur du compteur Cpt_Joules a atteint le seuil maximum Seuil_Joules_Max, le système demande l'arrêt du véhicule lors d'une étape 40. Le calcul peut être réalisé par le microcontrôleur de l'onduleur 2 lorsque celui-ci en comporte un. Ce microcontrôleur transmet alors une demande d'arrêt véhicule par un lien filaire ou réseau (par exemple de type réseau CAN ou FlexRay ou LIN) à la chaîne de traction 15. En variante, lorsque la chaîne de traction 15 comporte un ou plusieurs microcontrôleur(s), le calcul peut être réalisé par un microcontrôleur de la chaîne de traction sur la base des informations concernant le passage en mode ASC et l'intensité du courant dans les phases 12, 13, 14 du câble triphasé 5, ces informations étant envoyées périodiquement par l'onduleur 2 à la chaîne de traction 15. Le mode de réalisation décrit ici est donné à titre d'exemple non limitatif. L'estimation de l'échauffement pourrait être réalisée par un algorithme légèrement différent et les calculs d'échauffement pourraient être répartis différemment. Ainsi, l'invention permet de laisser le conducteur rouler avec une alerte par exemple sur le tableau de bord, à la suite d'un passage en mode dégradé, avant un arrêt complet du véhicule. L'avantage est d'éviter un arrêt brutal potentiellement dangereux tout en assurant de ne pas déclencher un incendie du véhicule ou une dégradation des câbles par échauffement. REVENDICATIONS1. Procédé de protection de câbles électriques de puissance contre les échauffements dans un véhicule automobile comportant une chaîne de traction (15) hybride ou électrique, ledit véhicule comportant une machine électrique de traction (3) triphasée et un onduleur (2) comportant un premier groupe d'interrupteurs pilotés (6, 7, 8) et un second groupe d'interrupteurs pilotés (9, 10, 11), un câble électrique de puissance (5) triphasé reliant ledit onduleur (2) et ladite machine électrique (3), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à : lorsque ledit premier groupe d'interrupteurs pilotés (6, 7, 8) ou ledit second groupe d'interrupteurs pilotés (9, 10, 11) est fermé, estimer (36) l'échauffement par effet Joule dudit câble (5) triphasé, à partir de l'intensité du courant mesurée (34) dans chacune des trois phases dudit câble (5) triphasé et du temps écoulé depuis la fermeture dudit premier ou second groupe d'interrupteurs ; et lorsque l'échauffement dudit câble (5) triphasé atteint (38) un seuil prédéterminé (Seuil_Joules_Max), demander (40) l'arrêt du véhicule. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape consistant à activer une alerte dans le véhicule lorsque ledit premier ou second groupe d'interrupteurs est fermé. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape d'activation d'alerte consiste à allumer un voyant rouge prévu dans l'habitacle du véhicule. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'étape d'estimation de l'échauffement dudit câble comprend des étapes consistant à : initialiser (32) un compteur de joules (Cpt_Joules) à la valeur zéro ; mesurer (34) périodiquement l'intensité du courant instantané qui traverse une des trois phases (12, 13, 14) dudit câble (5) ; et à l'issue de chaque étape de mesure, additionner (36) le produit de ladite intensité par elle-même à la valeur du compteur de joules (Cpt_Joules). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'onduleur (2) comporte un microcontrôleur, caractérisé en ce que l'étape (36) d'estimation de l'échauffement dudit câble est effectuée par le microcontrôleur de l'onduleur (2) et l'étape (40) de demande d'arrêt duvéhicule consiste à transmettre à la chaîne de traction une demande d'arrêt du véhicule à partir du microcontrôleur de l'onduleur (2). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la chaîne de traction (15) comporte un microcontrôleur, caractérisé en ce que l'étape (36) d'estimation de l'échauffement dudit câble (5) est effectuée par le microcontrôleur de la chaîne de traction (15) et l'étape (40) de demande d'arrêt du véhicule consiste à demander l'arrêt du véhicule à partir du microcontrôleur de la chaîne de traction (15). 7. Véhicule automobile comportant une chaîne de traction hybride ou électrique, ledit véhicule comportant une machine électrique de traction (3) triphasée et un onduleur (2) comportant un premier groupe d'interrupteurs pilotés (6, 7, 8) et un second groupe d'interrupteurs pilotés (9, 10, 11), un câble électrique de puissance (5) triphasé reliant ledit onduleur (2) et ladite machine électrique (3), ledit véhicule étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés à mettre en oeuvre des étapes d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 8. Véhicule selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens consistent en un microcontrôleur. 9. Véhicule selon la revendication 7, caractérisé en ce que le microcontrôleur est compris dans l'onduleur (2). 10. Véhicule selon la revendication 7, caractérisé en ce que le microcontrôleur est compris dans la chaîne de traction (15).