Brevet FR2987508A1 — publié le 20130830

PROCEDE ET SYSTEME POUR LA PROTECTION D'UN CIRCUIT ELECTRIQUE ET VEHICULE ASSOCIE Le domaine technique de l'invention est celui des équipements électrotechniques et électroniques et, en particulier, la protection des circuits électriques alimentant ces équipements. Il est connu de l'état de la technique de protéger un câble d'un circuit électrique en utilisant un fusible. Il est connu par exemple dans des systèmes électriques de véhicules, d'utiliser un fusible dit de fort courant (c'est-à-dire pour des courants supérieurs à 100 ampères) disposé en amont du câble à protéger. Le fusible permet d'ouvrir le circuit électrique en cas de court-circuit franc. L'inconvénient de cette solution est que le fusible n'est efficace qu'en cas de court-circuit franc. Ainsi le câble n'est pas protégé notamment en cas de surcharge de courant ou en cas de court-circuit impédant. Une autre solution consiste à augmenter la section des câbles mais celle-ci a pour inconvénient d'alourdir le véhicule et d'entraîner un surcoût de fabrication. L'invention a donc pour but notamment de remédier aux inconvénients précités et, en particulier, de proposer un procédé et un système de protection améliorés pour un circuit électrique. Elle propose plus précisément à cet effet un procédé pour la protection d'un circuit électrique comprenant des câbles, ledit procédé comportant des étapes consistant à : définir une enveloppe de fonctionnement E des câbles en fonction d'une intensité et d'une durée T ; - réceptionner 11 un signal indiquant une intensité I et une durée associée T ; - déterminer 12 si l'intensité I et la durée appartiennent à l'enveloppe de fonctionnement E et ; - activer 13 un mécanisme de protection du circuit électrique, si l'intensité I et la durée T n'appartiennent pas à l'enveloppe de fonctionnement E. L'invention a pour avantage d'améliorer la protection électrique d'un câble électrique d'un circuit en mettant en oeuvre une protection électronique comportant des moyens de mesure, d'acquisition et de traitement coopérant avec des moyens de commutation de puissance de la ligne permettant d'ouvrir le circuit lorsqu'un seuil de courant limite est atteint. Lorsque le circuit électrique comporte un fusible, ce seuil de courant est compris entre la tenue électrique du câble et le pouvoir de coupure du fusible. Avantageusement, ledit circuit comportant un équipement apte à émettre un signal indiquant une anomalie dans son fonctionnement, ledit procédé comportant en outre : une étape de détection d'une anomalie pour déterminer si un signal d'anomalie a été émis par l'équipement, une étape de détermination d'un premier code d'erreur si une anomalie est détectée ou une étape de détermination d'un second code d'erreur si aucune anomalie n'est détectée et ; une étape de sauvegarde du code d'erreur déterminé. Avantageusement, le procédé comporte en outre une étape d'émission d'un signal d'alerte indiquant l'activation du mécanisme de protection. Avantageusement, le procédé comporte en outre une étape de comparaison entre l'intensité et un seuil et si l'intensité est supérieure au seuil alors la détermination d'un troisième code d'erreur. L'invention concerne aussi un système électrique comportant une source de courant reliée à un interrupteur, l'interrupteur étant relié à un équipement et un moyen de contrôle de l'interrupteur, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de mesure du courant traversant le système électrique et relié au moyen de contrôle et en ce que le moyen de contrôle met en oeuvre le procédé selon l'invention. Avantageusement, l'équipement comporte un calculateur apte à émettre des messages d'anomalies, ledit calculateur étant relié au moyen de contrôle. Avantageusement, le système comporte en outre un fusible disposé s entre l'interrupteur et l'équipement. Avantageusement, le moyen de contrôle est mis en oeuvre sur le calculateur de l'équipement. L'invention concerne aussi un véhicule caractérisé en ce qu'il comporte un système électrique selon l'invention. 10 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 illustre un diagramme représentant une première variante du procédé selon l'invention ; 15 la figure 2 illustre un diagramme représentant une deuxième variante du procédé selon l'invention ; la figure 3 illustre un diagramme représentant une troisième variante du procédé selon l'invention ; - la figure 4 illustre une première variante du système selon l'invention ; 20 - la figure 5 illustre une deuxième variante du système selon l'invention ; - la figure 6 illustre une troisième variante du système selon l'invention ; - la figure 7 un diagramme quatrième variante du système selon l'invention ; - la figure 8 présente un exemple d'enveloppe de fonctionnement pour un câble électrique et un fusible. 25 Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. L'invention trouve son application notamment sur les réseaux électriques embarqués à bord de véhicules, en particulier, de type automobile. L'invention s'applique sur des réseaux très basse tension d'un véhicule (c'est- 30 à-dire pour des tensions comprises entre 12 V et 48 V) ou pour des réseaux basses tensions (c'est-à-dire pour des tensions comprises entre 200 V et 600 V et des intensités de 150 Ampères à 300 Ampères). La figure 1 illustre un diagramme représentant une première variante du procédé selon l'invention. Le procédé pour la protection d'un circuit électrique comprenant des 5 câbles, comporte des étapes consistant à : - définir une enveloppe de fonctionnement E des câbles en fonction d'une intensité et d'une durée ; - réceptionner 11 un signal indiquant une intensité I et une durée associée T ; 10 - déterminer 12 si l'intensité I et la durée appartiennent à l'enveloppe de fonctionnement E et ; - activer 13 un mécanisme de protection du circuit électrique, si l'intensité I et la durée T n'appartiennent pas à l'enveloppe de fonctionnement E. 15 Un câble électrique d'une section donnée est capable de supporter des courants jusqu'à une intensité limite 11, généralement appelée limite des courants fonctionnels. En pratique, le câble peut supporter des courants avec des intensités supérieures à cette limite 11 si ceux-ci traversent le câble pendant une durée 20 limitée. Plus l'intensité du courant est élevée plus cette durée doit être faible. En utilisant cette propriété, on peut définir une enveloppe de fonctionnement du câble pour ces deux paramètres au-delà de laquelle le câble risque d'être endommagé. Un exemple d'une telle enveloppe est présenté plus loin dans la description. 25 En mesurant une intensité et une durée associée à cette intensité, le procédé permet de prendre en compte au mieux les propriétés de résistance d'un câble. La figure 2 illustre un diagramme représentant une deuxième variante du procédé selon l'invention. 30 Dans la deuxième variante, on considère que le circuit comporte un équipement apte à émettre un signal indiquant une anomalie. On peut citer à titre d'exemple non limitatif un calculateur embarqué à bord d'une automobile. Le procédé pour la protection d'un circuit électrique comporte alors en outre : - une étape de détection d'une anomalie 21, pour déterminer si un signal d'anomalie a été émis par l'équipement, - une étape de détermination d'un premier code d'erreur 22 si une anomalie est détectée ou une étape de détermination d'un second code d'erreur 23 si aucune anomalie n'est détectée et ; une étape de sauvegarde 24 du code d'erreur déterminé. Ces étapes sont exécutées si l'intensité I et la durée mesurées n'appartiennent pas à l'enveloppe de fonctionnement E. Une sauvegarde d'un code d'erreur est alors réalisée dans une mémoire dédiée par exemple de type EPROM ou de type FLASH. Ce code d'erreur peut être exploité plus tard par un calculateur de maintenance pour localiser le disfonctionnement lié au code d'erreur. La deuxième variante comporte en outre une étape d'émission d'un signal d'alerte 25 indiquant l'activation du mécanisme de protection. Ce signal permet d'indiquer au conducteur du véhicule la détection d'un incident et l'activation du mécanisme de protection. Le signal d'alerte peut par exemple commander un dispositif d'affichage allumant un voyant d'alerte. La figure 3 illustre un diagramme représentant une troisième variante du procédé selon l'invention. Dans la troisième variante, on considère que le circuit comporte un fusible. Le procédé comporte en outre une étape de comparaison 31 entre l'intensité mesurée I et un seuil 13. Si l'intensité I est supérieure au seuil 13 alors la détermination d'un troisième code d'erreur C3. Le seuil 13 correspond au seuil de coupure du fusible. Ce code est aussi sauvegardé et permet également d'améliorer le diagnostic. De façon avantageuse, cette étape de comparaison permet d'éviter l'étape de détermination de l'appartenance du couple intensité - durée à l'enveloppe de fonctionnement E. L'invention concerne aussi un système électrique. La figure 4 illustre une première variante du système selon l'invention. Le système électrique 40 comporte une source de courant 41 reliée à un interrupteur 42, l'interrupteur étant relié à un équipement 43 et un moyen de contrôle 44 de l'interrupteur 42. Le système comporte en outre un moyen de mesure 45 du courant traversant le système électrique et relié au moyen de contrôle 44. Le moyen de contrôle 44 met en oeuvre le procédé selon l'invention. Le moyen de contrôle 44 est, par exemple, un programme d'ordinateur exécuté sur un calculateur, comportant et une mémoire et un processeur, relié à l'interrupteur et capable de le commander. L'interrupteur 42 peut être par exemple un relais (c'est-à-dire un dispositif électromécanique fermant un interrupteur à l'aide d'un électroaimant et étant commandé par un courant électrique) ou un interrupteur de puissance. Le moyen de mesure du courant est par exemple un ampèremètre 20 qui fournit de manière continue et instantanée des mesures de courant. Le calculateur recevant les mesures de courant doit pouvoir distinguer les bruits de mesures des paliers de détection. Pour cela, on filtre les données provenant du capteur notamment par l'intermédiaire de : bloqueurs d'ordre Z, moyenne glissante et d'intégrateurs de temps. 25 Les courbes câble / fusible indiquent des surchauffes des câbles dans la plage 11 et 12 pour des temps de l'ordre de la seconde. Un filtrage à 50ms (voir 100ms) est suffisant pour le besoin de détection des courants forts sans surcharger la charge du calculateur. Le temps de calcul (ou de filtrage) peut néanmoins varier si la 30 coupure physique du relais se fait par l'intermédiaire de différents calculateurs ou contrôleur. La source de courant 41 est par exemple une batterie pour automobile et destinée à alimenter électriquement l'équipement. La figure 5 illustre une deuxième variante du système selon l'invention. Dans la deuxième variante, le système électrique 40 l'équipement s 53 comporte un calculateur 53.1 apte à émettre des messages d'anomalies, ledit calculateur étant relié au moyen de contrôle 44. Le calculateur est relié au moyen de contrôle 44 par l'intermédiaire d'un réseau de communication données. On peut citer à titre d'exemple : un réseau filaire qui a pour avantage d'être une solution rapide io mais qui nécessite un câblage supplémentaire ; - un réseau CAN (Controller Area Network) qui est un bus de communication permettant de faire circuler des trames événementielles, - un réseau LIN (pour Local Interconnect Network) permettant la communication d'un calculateur à un autre. 15 Ce mode de réalisation permet la mise en oeuvre par le moyen de contrôle des étapes de détection d'anomalie et de détermination de code d'erreur associé. Ceci permet d'améliorer le diagnostic. La figure 6 illustre une troisième variante du système selon l'invention. Dans la troisième variante, le système électrique 60 comporte en outre un 20 fusible 46 disposé entre l'interrupteur 42 et l'équipement 53. Le fusible permet de protéger le circuit contre des courants par exemple de l'ordre 100 mA. La figure 7 illustre une quatrième variante du système selon l'invention. Dans cette variante 70, le moyen de contrôle 44 est mis en oeuvre 25 sur le calculateur de 73.1 de l'équipement 73 par exemple sous la forme d'un programme d'ordinateur exécuté sur ce calculateur 73.1. Ce mode de réalisation a pour avantage d'être particulièrement rapide. En effet, les messages de disfonctionnement émis par le calculateur 73.1 sont directement récupérés par les moyens de contrôle 44. 30 L'invention concerne aussi un véhicule par exemple de type automobile comportant un système électrique selon l'invention. La figure 8 présente un exemple d'enveloppe de fonctionnement pour un câble électrique et un fusible. L'axe des ordonnées représente l'intensité du courant exprimée en ampères et celui des ordonnées, le temps exprimé en secondes. Une première courbe 801 tracée en pointillée représente le fonctionnement du fusible. Chaque point de la courbe représente une première limite (en temps et/ou en intensité au-delà de laquelle le fusible ouvre le circuit. 10 Une seconde courbe 802 tracée en continue représente le fonctionnement du câble. Chaque point de la courbe représente une seconde limite (en temps et/ou en intensité au-delà de laquelle le câble risque d'être endommagé. La zone hachurée représente une enveloppe de fonctionnement pour 15 le câble et le fusible. Chaque point de l'enveloppe se situe sous la première limite et sous la seconde limite. Une première intensité 11 correspond à la limite des courants dits fonctionnels, c'est-à-dire correspondant à des conditions normales d'utilisation du câble. 20 Une deuxième intensité 12 correspond à l'intensité à partir de laquelle le fusible protège le câble. Cette intensité est l'abscisse du point auquel la première et la seconde courbe sont intersectées. La zone 804 définie par la première 11 et la deuxième intensité 12, d'une part, et la première 801 et la seconde courbe 802, d'autre part, est une zone à risque. En effet, dans cette 25 zone, les intensités et les durées associées sont telles que le fusible n'ouvre pas le circuit. Cependant ces intensités et durées associées sont telles que le câble peut être endommagé. Il s'agit d'une zone de fonctionnement où le fusible ne protège pas le câble. Une troisième intensité 13 correspond à la limite de la capacité 30 d'ouverture du fusible. On peut noter que : - pour des intensités comprises entre la première intensité 11 et la deuxième intensité 12, la protection du câble est assurée uniquement par le système selon l'invention ; - pour des intensités comprises entre la deuxième intensité 12 et la troisième intensité 13, la protection du câble est assurée à la fois par le système s selon l'invention et par le fusible ; - pour des intensités supérieures à la troisième intensité 13 la protection du câble est assurée uniquement par le fusible. Les points suivants appartenant à la limite supérieure de l'enveloppe sont donnés à titre d'exemple : un premier point correspond à une intensité 11 io de 300 ampères et une durée T1 de 100 secondes, un deuxième point correspond à une intensité 12 de 600 ampères et une durée T2 de 50 secondes et un troisième point correspond à une intensité 13 de 1000 ampères et une durée T3 de 10 secondes. Les modes de réalisation sans fusible sont particulièrement adaptés à 15 des circuits électriques faisant circuler des courants considérés comme faible comme par exemple le circuit pour la signalisation qui fonctionne avec des courants de 12 volts.