Brevet FR3007144A1 — publié le 20141219

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détection de court-circuit partiel dans une bobine. Une telle détection est particulièrement utile pour une bobine d'allumage pour moteur thermique. Une bobine électrique est un dipôle. Entre ses deux bornes ou pôles, une 5 bobine est constituée d'un unique conducteur formant un enroulement comprenant une pluralité de spires. Un court-circuit total est constitué lorsque les deux bornes sont directement en contact et que la bobine présente une résistance/inductance nulle. De manière connue une bobine est employée pour réaliser l'allumage dans un 10 moteur à combustion interne. Une bobine est chargée par application d'une tension V à ses bornes pendant un temps de charge Td (de l'anglais Dwell) afin de produire un courant I. L'intensité de ce courant I est d'autant plus élevée que le temps de charge Td a été long. Le courant I est transmis à une bougie qui permet de réaliser une étincelle. La réglementation actuelle impose la présence d'un moyen de diagnostic de 15 court-circuit total pour une bobine d'allumage d'un moteur. Aussi trouve-t-on des applications aptes à détecter un court-circuit total. Un court-circuit partiel est constitué dès qu'au moins une spire de l'enroulement est en court-circuit, typiquement par fusion de l'isolant entre plusieurs spires, créant une jonction entre spires. Il s'ensuit une réduction de la longueur de 20 conducteur entrainant une réduction de la résistance/inductance de la bobine, qui n'est cependant nulle que si le court-circuit devient total. Il n'existe aujourd'hui, à notre connaissance, aucun dispositif embarqué apte à détecter un court-circuit partiel dans une bobine, ladite bobine étant en fonctionnement. Il peut être remarqué qu'un dispositif apte à détecter un court-circuit partiel et 25 aussi apte à détecter un court-circuit total. La présente invention propose un procédé et une méthode de détection de court-circuit partiel. L'invention a pour objet un dispositif de détection de court-circuit partiel dans une bobine, telle une bobine d'allumage, comprenant : 30 - un moyen de mesure apte à mesurer une valeur mesurée d'au moins une grandeur indicative du fonctionnement de la bobine, - un moyen de détermination apte à déterminer une valeur de référence de la dite au moins une grandeur, correspondant à la valeur mesurée pour la bobine dans un état de fonctionnement nominal, 35 - un comparateur apte à comparer la valeur mesurée et la valeur de référence et à indiquer une anomalie si les deux valeurs diffèrent. Selon une caractéristique de l'invention, ladite au moins une grandeur comprend un courant circulant dans la bobine après application d'une tension de charge durant un temps. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite au moins une grandeur 5 comprend une pente d'une courbe de courant circulant dans la bobine en fonction du temps d'application d'une tension de charge. Selon une autre caractéristique de l'invention, le comparateur est apte à indiquer une anomalie si la valeur mesurée diffère de la valeur de référence assortie d'une tolérance. 10 Selon une autre caractéristique de l'invention, le comparateur est apte à indiquer une anomalie si la valeur mesurée est supérieure à la valeur de référence augmentée de ladite tolérance. Selon une autre caractéristique de l'invention, la valeur de référence est estimée à l'aide d'un modèle paramétrique. 15 Selon une autre caractéristique de l'invention, la valeur de référence de ladite au moins une grandeur est commune à toutes les bobines. Selon une autre caractéristique de l'invention, la valeur de référence de ladite au moins une grandeur est spécifique à une bobine. Selon une autre caractéristique de l'invention, la valeur de référence 20 comprend au moins une ancienne valeur mesurée. Selon une autre caractéristique de l'invention, le comparateur est apte à indiquer une anomalie si la valeur mesurée présente, par rapport à une ancienne valeur mesurée une déviation importante, supérieure à n fois ladite tolérance, préférentiellement 2 fois la tolérance. 25 La détection d'un court-circuit partiel est particulièrement avantageuse en ce qu'un court-circuit partiel conduit à une réduction de longueur de conducteur de la bobine, qui s'accompagne d'une diminution de la résistance/inductance. Ainsi pour un même cycle de charge, impliquant une même tension V appliquée pendant un même temps de charge Td il va être obtenu un courant I d'intensité plus importante. En plus de provoquer 30 un vieillissement accéléré de la bougie (soumise à un tel courant I), un tel courant I d'intensité plus importante sollicite davantage la bobine elle-même, augmentant ainsi le risque de nouvelles jonctions entre spires. De telles nouvelles jonctions entre spires réduisent encore davantage la longueur de conducteur de la bobine, et la résistance/inductance. Ceci produit, en un cercle vicieux, un courant I d'intensité encore 35 plus importante. Il apparait ainsi qu'un court-circuit partiel préfigure, à court ou moyen terme, un court-circuit total. Un dispositif de détection de court-circuit partiel constitue ainsi avantageusement un dispositif de détection anticipatif de court-circuit total. Une telle détection anticipée permet de mettre en oeuvre des modes de fonctionnement dégradés et/ou d'éviter une dégradation trop importante d'une bobine avant que le court-circuit ne devienne total. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins sur lesquels : - la figure 1, présente un circuit de charge d'une bobine, - la figure 2 illustre le principe de détection de court-circuit partiel, - la figure 3 illustre une courbe caractéristique d'une bobine, - la figure 4 illustre les grandeurs pouvant être utilisées comme indicateur, - la figure 5 illustre la détection d'une anomalie. La figure 1 présente un circuit électrique illustratif d'un circuit de charge d'une bobine 2. La bobine 2 est reliée à une source 3 de tension V, figurée ici par une batterie 3. 15 Un interrupteur 4 disposé en série figure ici un circuit permettant de moduler la durée d'application de la tension V aux bornes de la bobine 2 et ainsi le temps t de charge. Le circuit de décharge ou d'utilisation de la charge ainsi produite, par exemple par une bougie d'allumage, n'est pas représenté. Le dispositif 1 de détection de court-circuit partiel est typiquement placé en 20 parallèle entre les bornes de la bobine 2, afin d'être apte à mesurer au moins une grandeur indicative. Le principe de la détection d'un court-circuit partiel, plus particulièrement illustré par le diagramme bloc de la figure 2, consiste à surveiller une valeur mesurée 8 d'une grandeur indicative du fonctionnement de la bobine 2, en relation avec une valeur 25 de référence 9 de cette grandeur. Pour cela le dispositif 1 comprend un moyen de mesure 6 apte à mesurer ladite valeur mesurée 8 et ceci pour au moins une grandeur. Ladite au moins une grandeur est choisie parmi une série de grandeurs possibles détaillées plus avant, de manière à refléter le fonctionnement de la bobine 2, principalement au cours de son cycle 30 de charge et/ou de décharge. Le dispositif 1 comprend en outre un moyen de détermination 7, 13 apte à déterminer une valeur de référence 9 de ladite au moins une grandeur. Comme il est décrit plus avant, plusieurs modes de réalisation sont possibles pour déterminer la valeur de référence 9, cependant cette valeur de référence 9 est toujours la valeur que devrait 35 prendre la valeur mesurée 8 en supposant que la bobine 2 est dans un état de fonctionnement nominal. Ainsi une différence notable entre la valeur mesurée 8 et la valeur de référence 9 est significative d'un état de fonctionnement anormal de la bobine 2 et significative d'une anomalie. Le dispositif 1 comprend en outre un comparateur 5 apte à comparer la valeur mesurée 8 et la valeur de référence 9. Lorsque le comparateur 5 constate une différence entre les deux valeurs 8, 9 et que cette différence est suffisante, le comparateur 5 indique 5 une anomalie 10 révélatrice d'un court-circuit au moins partiel. La ou les grandeur(s) utilisée(s) comme indicateur d'une anomalie, peuvent être des grandeurs électriques directes, telles des courants ou des tensions, ou des grandeurs électriques dérivées, telles des variations en fonction par exemple du temps, d'une grandeur électrique directe. 10 Il est connu que le courant I obéit à une fonction F caractéristique de plusieurs paramètres : I = F(t, V, 0, c). Une telle courbe caractéristique est fournie par le constructeur de la bobine 2. Le paramètre t est le temps d'application d'une tension V. Le paramètre V est la tension de charge appliquée. Le paramètre 0 est la température de la bobine 2. Les bobines peuvent présenter, d'une bobine à l'autre, une dispersion de leurs 15 caractéristiques intrinsèques. La dispersion est notée D'autres paramètres, notés collectivement c, peuvent encore intervenir. Sous certaines conditions, il est possible de faire l'hypothèse que les paramètres autres que le temps t : tension V, température 0, dispersion et autres c sont sensiblement constants. Il est alors possible d'utiliser une fonction simplifiée I = F'(t). 20 La figure 3 illustre une courbe caractéristique du fonctionnement électrique de charge nominal d'une bobine 2, sous la forme du courant I en fonction du temps t d'application d'une tension donnée V. Cette figure est définie pour une tension V donnée, pour une température 0, pour une bobine t donnée et pour des autres paramètres c donnés. 25 La forme et la position exactes de cette courbe caractéristique dépendent des autres paramètres : tension V, température 0, dispersion et autres c. Une telle courbe caractéristique comprend trois parties 14-16. De gauche à droite, une partie idéale 14 dans laquelle il est préférable de fonctionner. Cette partie présente de plus l'avantage d'être linéaire. Une partie critique 15 dans laquelle la courbe 30 présente une inflexion, où le courant I commence à saturer et dans laquelle il est préférable de ne pas fonctionner. Une partie dangereuse 16, où le courant I sature complètement jusqu'à atteindre à l'extrême droite une limite de détérioration de la bobine 2. Dans la partie utile de la courbe caractéristique, soit la partie idéale 14 et 35 éventuellement une portion de gauche de la partie critique 15, le courant I est une fonction croissante du temps t d'application d'une tension V de charge, cette fonction étant même linéaire dans la partie idéale 14. Une connaissance de la bobine 2 et des paramètres de fonctionnement V, 0, , c ou de leur influence, permet d'estimer un courant 1(t) obtenu après application d'une tension V pendant un temps t ou une pente S de la courbe caractéristique, au moins dans sa partie 14 linéaire. Ainsi une grandeur indicative du fonctionnement de la bobine 2 peut être un courant 1 circulant dans la bobine 2 après application d'une tension de charge V durant un temps t donné. Tel qu'illustré à la figure 4 une telle grandeur 1(t) peut être considérée pour tout temps t inférieur au temps Td de charge de la bobine 2. En effet, la mesure 8 de la grandeur est réalisée sur le circuit de charge en fonctionnement. Aussi n'est-il pas possible d'aller au-delà du temps de charge maximum Td, la bobine 2 étant déchargée après l'instant Td. Une grandeur indicative du fonctionnement nominal de la bobine 2 peut ainsi être un courant l(T1) après un premier temps de charge T1, respectivement un 15 courant 1(T2) après un deuxième temps de charge T2. T1 et T2 peuvent être quelconques tant qu'ils restent inférieurs à Td. Alternativement ou complémentairement, une grandeur indicative du fonctionnement nominal de la bobine 2 peut être une variation de l'intensité 1, soit la pente S de cette partie de courbe. Cette pente S est déterminée par la différence entre 20 deux mesures de courant 1(T2) et 1(T1), rapportée à la durée entre ces deux mesures, soit S = [l(T2) - 1(T1)] / (T2-T1). Pour chacune de ces grandeurs, il est réalisé une mesure in situ sur le circuit de charge en fonctionnement afin d'obtenir une valeur mesurée 8. Cette valeur mesurée 8 est comparée à une valeur de référence 9. 25 La mesure d'un courant 1 peut être réalisée, de manière connue, par exemple, par mesure d'une tension aux bornes d'une résistance de mesure, dont la résistance est connue avec précision, disposée en série avec la bobine 2. Chaque telle grandeur est ainsi mesurée, pour obtenir une valeur mesurée 8 puis comparée avec sa valeur de référence 9 et fournit ainsi un indicateur. Il est possible, 30 pour détecter un court-circuit partiel, d'utiliser un ou plusieurs tels indicateurs. Ainsi, par exemple, 1(T1) seul ou 1(Td) seul peut être utilisé. Il est aussi possible de combiner 1(T2), 1(Td) et la pente S. En cas d'utilisation combinée de plusieurs indicateurs, différentes stratégies logiques sont possibles. Ainsi, une stratégie privilégiant une détection d'anomalie produira 35 un diagnostic d'anomalie dès qu'un au moins indicateur est en anomalie, avec une loi logique OU. Au contraire, une stratégie privilégiant une sureté de diagnostic ne produira un diagnostic d'anomalie que si tous les indicateurs sont en anomalie avec une loi logique ET. Entre ces deux lois logiques : OU et ET, toutes les variations sont possibles. Le test de comparaison d'une valeur mesurée 8 et d'une valeur de référence 9 suppose que le comparateur 5 soit apte à décider si la valeur mesurée 8 est égale à la valeur de référence 9. Pour cela, une valeur de référence 9 est assortie d'une 5 tolérance 11. Cette tolérance 11 est d'autant plus petite que les caractéristiques de la bobine 2 sont connues avec précision. Plus ladite tolérance 11 est petite et plus la détermination d'un court-circuit partiel peut être sensible. Ainsi, avec une tolérance suffisamment petite, il peut être 10 déterminé une variation d'une grandeur indicative correspondant à une réduction/perte d'une unique spire de la bobine 2. S'il n'est pas possible d'atteindre une telle sensibilité, une tolérance 11 plus grossière permet de détecter une réduction/perte de 2, 3 ou n spires. Doté d'une telle tolérance 11 pour une grandeur indicative donnée, le 15 comparateur 5 est apte à indiquer une anomalie 10 si la valeur mesurée 8 diffère de la valeur de référence 9 assortie de ladite tolérance 11, soit lorsque la valeur mesurée 8 est hors de l'intervalle défini par la valeur de référence 9 +/- la tolérance 11. Selon un mode de réalisation, une tolérance 11 est associée à chaque valeur de référence 9 et peut être fournie par le moyen de détermination 7. 20 Il peut être remarqué, que pour les grandeurs indicatives envisagées (I, S, ...) un court-circuit partiel, matérialisé par une réduction/perte de spire, entraîne nécessairement une augmentation de la valeur de la grandeur. En effet une réduction du nombre de spires réduit la longueur de conducteur bobinée et diminue la résistance/inductance de la bobine 2. Il s'ensuit que la pente S augmente. Aussi, un 25 courant I obtenu après un même temps de charge t par application d'une même tension V augmente aussi. Par conséquent, en cas de court-circuit partiel, la valeur mesurée 8 d'une grandeur indicative est plus grande que la valeur de référence 9 de la même grandeur indicative. Aussi, le comparateur 5 peut simplifier son test et être apte à indiquer une 30 anomalie 10, si la valeur mesurée 8 diffère de la valeur de référence 9 de la tolérance 11 par valeur supérieure, soit lorsque la valeur mesurée 8 est supérieure à la valeur de référence 9 augmentée de la tolérance 11. La valeur de référence 9 utilisée par le comparateur 5 doit correspondre à la valeur mesurée 8, dans des conditions semblables à celles de la mesure, pour une 35 bobine 2 intacte et en bon état de fonctionnement, ne présentant pas de court-circuit, même partiel. Un moyen de détermination 7, 13 d'une telle valeur de référence 9 peut être réalisé selon au moins deux modes de réalisation. Selon un premier mode de réalisation, la bobine 2 est modélisée par un modèle paramétrique en fonction des différents paramètres. Un tel modèle paramétrique peut prendre la forme d'une fonction I = F(t, V, 0, , c), telle que précédemment décrite. Cette fonction est fournie par le constructeur de la bobine 2. Il est aisément déduit d'une telle fonction F, une fonction homologue donnant la pente S = G(V, 0, , c). Le moyen de détermination 7 de la valeur de référence 9 recalcule la valeur de référence 9 à chaque besoin en fonction dudit modèle paramétrique. Alternativement, les valeurs sont pré-calculées et tabulées dans un moyen de stockage du moyen de 10 détermination 7. Chacun des paramètres t, V, 0, , c, peut, au choix, être déterminé par mesure ou par estimation. Ainsi le temps d'application t de la tension de charge est avantageusement mesuré. La tension de charge V est typiquement produite sur un véhicule par la 15 batterie véhicule. Cette tension V peut alors être considérée connue en valeur moyenne, ou mesurée. De même, elle peut être mesurée à chaque détermination ou être mesurée à intervalles plus ou moins longs et considérée constante entre deux mesures. Pour chaque paramètre, il est ainsi possible de connaître soit une valeur précise, soit un intervalle d'erreur que l'on tolère. Il est ainsi possible de déterminer 20 l'erreur commise sur la valeur de référence 9 de la grandeur indicative et d'adapter la tolérance 11 en conséquence, afin d'encadrer ladite erreur. La température 0 peut être mesurée ou son influence encadrée par un élargissement de la tolérance 11. Les autres paramètres c sont par définition des paramètres que l'on ne 25 souhaite pas mesurer, et pour lesquels, l'influence globale reste suffisamment faible. Aussi, cette influence est avantageusement encadrée par un élargissement de la tolérance 11. La dispersion peut être encadrée par un élargissement de la tolérance 11 en considérant les bobines présentant les comportements les plus extrêmes. 30 Ceci revient à simplifier en ne considérant qu'un seul modèle pour toutes les bobines, produisant une même valeur de référence 9. Cependant, si la dispersion est importante, l'élargissement de la tolérance 11 produit peut être important, au détriment de la finesse du procédé/dispositif de détermination de court-circuit partiel. Aussi est-il alternativement possible d'individualiser le modèle paramétrique 35 de chaque bobine 2, au moins au regard de la dispersion . Ceci est typiquement réalisé par une étape préalable d'identification de chaque bobine 2, typiquement réalisée en usine, avant la mise en service de la bobine 2. Ceci revient à identifier une nouvelle fonction 1= F"(t, V, 0, c), respectivement S = G"(V, 0, c), pour chaque bobine 2, plus fine en ce qu'elle ne dépend plus de . Chaque telle fonction/modèle est alors stocké(e) dans le dispositif 1 de détermination de court-circuit partiel attaché à ladite bobine 2. Selon un deuxième mode de réalisation, la bobine 2 n'est pas modélisée par 5 un modèle paramétrique. Ce deuxième mode de réalisation se base sur la constatation que de tous les paramètres t, V, 0, , c, seul le temps de charge t présente une dynamique d'évolution rapide, sur un intervalle de temps suffisamment court. Il peut être considéré suffisamment court un intervalle comprenant un ou plusieurs cycles de charge/décharge d'une bobine 2. Sur la base de la remarque précédente, en restant sur 10 un tel intervalle de temps limité, il est possible de considérer que les paramètres V, 0, , c sont constants. Ceci revient à considérer un modèle simplifié I = F'(t), respectivement S = G' = constante. La valeur du temps de charge t étant choisie, il est même possible, en effectuant la mesure de la valeur mesurée 8 pour un même temps de charge T1, T2, Td, 15 d'avoir un modèle 1= constante, respectivement S = constante. A partir de ces considérations, il est possible de considérer une valeur de référence 9 égale à une valeur mesurée 8 plus ancienne, mesurée quelques instants plus tôt. Selon ce deuxième mode de réalisation, une valeur mesurée 8 est comparée 20 à sa propre valeur mesurée quelques instants plus tôt, en restant dans ledit précédent intervalle de temps, suffisamment court pour pouvoir négliger les influences des paramètres V, 0, , c de variation plus lente. Typiquement, ledit intervalle est tel qu'il comprenne un nombre p de quelques unités, dizaines, voire quelques centaines de cycles de charge de la bobine 2. 25 Le moyen de détermination 13 de la valeur de référence 9 comprend, dans ce mode de réalisation, un moyen retardateur apte à mémoriser la valeur mesurée 8, avec p cycles de décalage/retard. Selon ce mode de réalisation, le comparateur 5 est apte à indiquer une anomalie 10 si la valeur mesurée 8 présente, par rapport à une ancienne valeur mesurée, 30 par exemple n cycles plus tôt, une déviation 12 importante. Une déviation 12 peut être considérée comme importante si elle est supérieure à n fois une tolérance 11, n étant préférentiellement égal à 2. Ceci est illustré par la figure 5 qui présente, en fonction du temps, quatre courbes. La courbe supérieure est le courant I en fonction du temps. Cette courbe est 35 périodique, chaque période correspondant à un cycle de charge/décharge d'une bobine 2. Les courbes suivantes de haut en bas figurent le courant 1(T1) après un temps de charge de durée T1, la pente S, et le courant 1(Td) après un temps de charge de durée Td. En grisé est figurée, pour chacun des trois indicateurs 1(T1), S et 1(Td), sa tolérance 11 associée. Lors du quatrième cycle en partant de la gauche, il apparait une discontinuité ou déviation 12 importante, et d'extension à tout le moins supérieure à la tolérance 11, et ce sur les trois indicateurs concomitamment. Une telle déviation 12 est significative d'un changement de comportement de la bobine 2 et donc d'une anomalie 10 indiquant un court-circuit partiel. Il peut être noté, ici encore, et pour les mêmes raisons que précédemment, qu'une déviation 12 se produit par valeur positive. Dans ce mode de réalisation, la tolérance 11 peut être celle déterminée 10 précédemment au moyen d'un modèle paramétrique. Alternativement, la tolérance 11 utilisée pour détecter une déviation 12 importante, peut être obtenue par analyse statistique de la valeur mesurée 8, de préférence sur un intervalle de temps long et à tout le moins sur un intervalle très grand devant l'intervalle précédemment défini par p cycles, soit sur un intervalle au moins égal 15 à 100*p cycles. Ainsi, par exemple la tolérance 11 peut être égale à la variation observée pour la valeur mesurée 8 depuis la mise en route du dispositif ou la variation observée depuis un temps donné, par exemple la dernière heure de fonctionnement. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de détection de court-circuit partiel dans une bobine (2), telle une bobine d'allumage, caractérisé en ce qu'il comprend : - un moyen de mesure (6) apte à mesurer une valeur mesurée (8) d'au moins une grandeur indicative du fonctionnement de la bobine (2), - un moyen de détermination (7, 13) apte à déterminer une valeur de référence (9) de la dite au moins une grandeur, correspondant à la valeur mesurée (8) pour la bobine (2) dans un état de fonctionnement nominal, - un comparateur (5) apte à comparer la valeur mesurée (8) et la valeur de référence (9) et à indiquer une anomalie (10) si les deux valeurs (8, 9) diffèrent. 2. Dispositif selon la revendication 1, où ladite au moins une grandeur comprend un courant (I) circulant dans la bobine (2) après application d'une tension de charge (V) durant un temps (T1, T2, Td). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, où ladite au moins une grandeur comprend une pente (S) d'une courbe de courant (I) circulant dans la 15 bobine (2) en fonction du temps (t) d'application d'une tension de charge (V). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, où le comparateur (5) est apte à indiquer une anomalie (10) si la valeur mesurée (8) diffère de la valeur de référence (9) assortie d'une tolérance (11). 5. Dispositif selon la revendication 4, où le comparateur (5) est apte à indiquer 20 une anomalie (10) si la valeur mesurée (8) est supérieure à la valeur de référence (9) augmentée de ladite tolérance (11). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, où la valeur de référence (9) est estimée à l'aide d'un modèle paramétrique. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, où la valeur de 25 référence (9) de ladite au moins une grandeur est commune une pluralité de dites bobines (2). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, où la valeur de référence (9) de ladite au moins une grandeur est spécifique à ladite bobine (2). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, où la valeur de 30 référence (9) comprend au moins une ancienne valeur mesurée. 10. Dispositif selon la revendication 9, où le comparateur (5) est apte à indiquer une anomalie (10) si la valeur mesurée (8) présente, par rapport à une ancienne valeur mesurée, une déviation (12) importante, supérieure à n fois ladite tolérance (11),préférentiellement deux fois la tolérance (11).