Brevet FR3016217A1 — publié le 20150710

B12859 - DD14683ST 1 DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE DÉTECTION D'UN ÉCHAUFFEMENT D'UN ENSEMBLE -BATTERIE Domaine La présente invention concerne de façon générale les dispositifs de détection d'une surchauffe d'un système électrique, notamment une batterie d'éléments de stockage d'énergie, également appelés accumulateurs, connectés en série et/ou en parallèle. Exposé de l'art antérieur Auparavant, les batteries ne comportaient que des accumulateurs (rechargeables ou non) et la gestion de ces 10 accumulateurs étaient intégralement assurée par l'équipement dans lequel la batterie était insérée. De plus en plus, les batteries sont associées à au moins un circuit électronique pouvant avoir des rôles multiples comme, par exemple, surveiller le niveau de charge des 15 accumulateurs de la batterie, réguler le courant de charge dans les périodes de recharge, réguler le courant de décharge, etc. On appelle ensemble-batterie, ou pack-batterie, l'ensemble des accumulateurs, connectés en série et/ou en parallèle, et le ou les circuits électroniques connectés aux accumulateurs. 20 Un autre rôle du circuit électronique connecté aux accumulateurs est de surveiller la température en plusieurs B12859 - DD14683ST 2 points de l'ensemble-batterie, notamment pour détecter si une surchauffe se produit. Dans ce but, des capteurs de température sont disposés sur le circuit électronique en vis-à-vis des points de l'ensemble-batterie à surveiller. Chaque capteur de température est généralement relié à un module de traitement qui fournit un signal représentatif de la température mesurée par le capteur de température. Un ensemble-batterie peut comprendre de quelques accumulateurs à plusieurs centaines d'accumulateurs associés en série ou en parallèle en fonction de l'utilisation prévue de l'ensemble-batterie. Il serait souhaitable de prévoir au moins un capteur de température pour chaque accumulateur. Toutefois, ceci peut être difficile à réaliser lorsque le nombre d'accumulateurs est important. En effet, le circuit électronique doit comporter des pistes conductrices reliant chaque capteur de température au module de traitement et le module de traitement doit fournir une valeur de température pour chacun des signaux fournis par les capteurs de température. De ce fait, le circuit électronique tend à devenir complexe dès que le nombre d'accumulateurs est important. Pour simplifier la conception du circuit électronique, une possibilité consiste à réduire le nombre de capteurs de température qui peut être inférieur au nombre d'accumulateurs de l'ensemble-batterie. Un inconvénient est alors que, lorsqu'un accumulateur en surchauffe n'est pas équipé d'un capteur de température, la durée nécessaire pour détecter l'emballement thermique dépend du temps de propagation de la hausse de température vers le capteur de température le plus proche. Si cette durée est trop importante, l'emballement thermique peut ne pas être arrêté suffisamment rapidement pour empêcher une dégradation de l'ensemble-batterie. Résumé Un mode de réalisation vise à pallier tout ou partie des inconvénients des dispositifs connus de détection d'une B12859 - DD14683ST 3 surchauffe d'un système électrique, notamment un ensemble-batterie. Un mode de réalisation vise un dispositif de détection d'une surchauffe d'un système électrique ayant une structure simple. Ainsi, un mode de réalisation prévoit un dispositif de détection d'une surchauffe d'un système électrique, comprenant un premier ensemble de premiers capteurs de température connectés les uns aux autres en série ou en parallèle, chaque premier capteur de température comprenant une résistance à coefficient de température supérieur en valeur absolue à 150 ppm par degré au moins sur une plage de température. Selon un mode de réalisation, le premier ensemble est relié à un module de traitement adapté à fournir un signal 15 d'alarme lorsque des conditions sur la résistance électrique équivalente du premier ensemble sont remplies. Selon un mode de réalisation, le premier ensemble comprend au moins cinq premiers capteurs de température. Selon un mode de réalisation, les premiers capteurs de 20 température sont connectés en série. Selon un mode de réalisation, chaque premier capteur de température comprend une résistance à coefficient de température positif. Selon un mode de réalisation, les premiers capteurs de 25 température sont connectés en parallèle. Selon un mode de réalisation, chaque premier capteur de température comprend une résistance à coefficient de température négatif. Selon un mode de réalisation, le module de traitement 30 est adapté à fournir le signal d'alarme lorsque la résistance électrique équivalente du premier ensemble est supérieure à un seuil. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un deuxième ensemble de deuxièmes capteurs de température 35 connectés les uns aux autres en série ou en parallèle, chaque B12859 - DD14683ST 4 deuxième capteur de température comprenant une résistance à coefficient de température inférieur en valeur absolue à 100 ppm par degré au moins sur une plage de température. Selon un mode de réalisation, le deuxième ensemble est connecté au module de traitement, le module de traitement étant adapté à fournir le signal d'alarme à partir de la comparaison de l'évolution de la résistance électrique équivalente du premier ensemble à l'évolution de la résistance électrique équivalente du deuxième ensemble. Selon un mode de réalisation, le module de traitement est adapté à fournir le signal d'alarme lorsque la résistance électrique équivalente du premier ensemble est supérieure à la résistance électrique équivalente du deuxième ensemble. Selon un mode de réalisation, le module de traitement est adapté à fournir le signal d'alarme lorsque le taux de variation de la résistance électrique équivalente du premier ensemble est supérieur au taux de variation de la résistance électrique équivalente du deuxième ensemble. Un mode de réalisation prévoit également un ensemble-20 batterie comprenant des accumulateurs et un dispositif de détection tel que défini précédemment d'une surchauffe d'au moins l'un des accumulateurs. Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, 25 seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : les figures 1 et 2 sont respectivement une vue en perspective et une coupe latérale, partielles et schématiques, 30 d'un mode de réalisation d'un ensemble-batterie ; la figure 3 est un schéma électrique simplifié d'un mode de réalisation d'un dispositif de détection de surchauffe d'un ensemble-batterie ; les figures 4 et 5 représentent des courbes 35 d'évolution de la résistance équivalente de l'ensemble de B12859 - DD14683ST capteurs de température du dispositif de détection représenté en figure 3 pour différentes configurations de fonctionnement ; la figure 6 est un schéma électrique simplifié d'un autre mode de réalisation d'un dispositif de détection de 5 surchauffe ; la figure 7 représente des courbes d'évolution de la résistance équivalente d'ensembles de capteurs de température du dispositif de détection représenté en figure 6 pour différentes configurations de fonctionnement ; et la figure 8 est un schéma électrique simplifié d'un autre mode de réalisation d'un dispositif de détection de surchauffe. Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures qui ont été tracées sans respect d'échelle. De plus, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits sont représentés et détaillés. En particulier, la constitution des accumulateurs n'a pas été illustrée, les modes de réalisation étant compatibles avec les accumulateurs usuels. De plus, la réalisation des circuits électroniques d'ensembles-batteries n'a pas non plus été détaillée, les modes de réalisation décrits étant là encore compatibles avec les circuits électroniques usuels destinés à des ensembles-batteries. En outre, on fait référence à des positions (supérieure, inférieure, latérale, etc.) en se basant de façon arbitraire sur l'orientation des figures. De plus, dans la suite de la description, les expressions "sensiblement", "environ" et "approximativement" signifient "à 10 % près". Les figures 1 et 2 représentent un mode de réalisation d'un ensemble-batterie 10. L'ensemble-batterie 10 comprend une batterie 11 d'accumulateurs 12. A titre d'exemple, le nombre d'accumulateurs 12 peut varier de quatre, notamment pour une batterie fournissant une tension de l'ordre de 12 V, à cent notamment pour une batterie fournissant une tension de l'ordre B12859 - DD14683ST 6 de 400 V. En fonction du nombre d'accumulateurs 12, l'ensemble-batterie 10 est, par exemple, destiné à être utilisé pour l'alimentation d'un ordinateur portable, d'une visseuse sans fil, d'un vélo à assistance électrique, d'une voiture électrique ou d'un autre véhicule électrique. Chaque accumulateur 12 comprend deux bornes 14, visibles en figure 2. Les accumulateurs 12 sont connectés entre eux et aux bornes de la batterie 11 par des pièces de liaison 16. En figure 1, on a représenté une batterie 11 comprenant plusieurs branches correspondant chacune à la mise en série de plusieurs accumulateurs 12. Les branches peuvent être connectées en parallèle à leurs extrémités. De façon générale, la connexion des accumulateurs les uns aux autres dépend de la tension et de la puissance électrique devant être fournies par l'ensemble- batterie 10. L'ensemble-batterie 10 comprend, en outre, un circuit électronique 20, partiellement représenté sur les figures 1 et 2, connecté à la batterie 11. Le circuit électronique 20 comprend, par exemple, un circuit imprimé souple 21, représenté seulement en figure 2, permettant de relier différents capteurs ou points de mesure de l'ensemble-batterie 10 à une carte électronique 23, représentée seulement en figure 1. La carte électronique 23 peut comprendre un ou plusieurs circuits électroniques et jouer le rôle d'un système de contrôle de l'ensemble-batterie 10. Elle peut notamment surveiller si les tensions des accumulateurs 12 restent dans une plage de fonctionnement autorisée, surveiller le niveau de charge des accumulateurs 12 et éventuellement réaliser l'équilibre des charges des accumulateurs à la fin d'une opération de recharge, réguler le courant de charge, réguler le courant le décharge, etc. Selon un mode de réalisation, le circuit électronique 20 comprend des capteurs de température 22 fixés au circuit imprimé 21. De préférence, au moins une couche isolante 35 électriquement du circuit imprimé 21 est interposée entre chaque B12859 - DD14683ST 7 capteur de température 22 et les accumulateurs 12. Selon un mode de réalisation, un capteur de température 22 est prévu en vis-à-vis de chaque borne 14 de chaque accumulateur 12. Selon un autre mode de réalisation, un capteur de température 22 est prévu, 5 pour chaque accumulateur 12, du côté d'une seule des bornes 14 de l'accumulateur 12. Selon un autre mode de réalisation, un capteur de température est prévu entre deux accumulateurs 12 adjacents. Selon un autre mode de réalisation, un capteur de température peut être prévu en vis-à-vis de chaque pièce de 10 liaison 16 qui connecte les accumulateurs 12 entre eux et aux bornes de la batterie 11. La figure 3 représente un schéma électrique équivalent illustrant un mode de réalisation d'une partie du circuit électronique 20 dans lequel les capteurs de température 22 (PTC) 15 sont connectés en série à un module de traitement 30 (BMS) présent sur la carte électronique 23. Le module de traitement 30 peut comprendre un processeur adapté à exécuter des instructions d'un programme d'ordinateur. A titre de variante, le module de traitement 30 peut comprendre un circuit dédié. Le module de 20 traitement 30 est adapté à mesurer un signal représentatif de la résistance équivalente des capteurs de température 22 mis en série. Ceci peut être réalisé par une mesure du courant traversant l'ensemble des capteurs de température 22 et une mesure de la tension aux bornes de l'ensemble des capteurs de 25 température 22. A partir de la valeur de la résistance équivalente, le module de traitement 30 est adapté à fournir un signal S représentatif de la détection d'une élévation anormale de la température de la batterie 11. Selon un mode de réalisation, les capteurs de 30 température 22 sont des capteurs de température comprenant une résistance à coefficient de température positif ou résistance PTC (de l'anglais Positive Temperature Coefficient). Un capteur de température à résistance à coefficient de température positif est un capteur de température dont la résistance électrique 35 augmente quand la température augmente. Selon un mode de B12859 - DD14683ST 8 réalisation, le coefficient de température de chaque capteur de température 22 est supérieur à 150 ppm par degrés au moins sur une plage de température, notamment de -20 °C à 60 °C. Selon un mode de réalisation, le capteur de 5 température est un capteur de température à résistance à coefficient de température positif pour lequel la courbe d'évolution de la résistance en fonction de la température est supérieure à une courbe d'évolution qui suit une loi linéaire au moins sur une plage de température, notamment de 60 °C à 110 °C. 10 Selon un mode de réalisation, la courbe d'évolution de la résistance est supérieure ou égale à une courbe d'évolution suivant une loi de puissance dont l'exposant est supérieur à 0, au moins sur une plage de température, notamment de 60 °C à 110 °C. 15 A titre d'exemple, le capteur de température 22 ne présente sensiblement pas de variation de la valeur de la résistance avec la température en dessous d'un seuil de température et présente ensuite une variation sensiblement exponentielle au-dessus de ce seuil de température. 20 Selon un mode de réalisation, le module de traitement 30 comprend une mémoire dans laquelle est stockée une donnée représentative d'un seuil de résistance. Le module de traitement 30 peut être adapté à fournir un signal d'alarme S lorsque la résistance équivalente de l'ensemble des capteurs de température 25 22 dépasse le seuil de résistance prémémorisé. Selon un mode de réalisation, la valeur de résistance stockée dans la mémoire du module de traitement 30 est représentative de la résistance équivalente obtenue lorsque chaque accumulateur 12 fonctionne à une température maximale de 30 fonctionnement normal. Lorsque la résistance équivalente mesurée en fonctionnement dépasse la valeur de seuil prémémorisée, cela signifie qu'au moins l'un des accumulateurs 12 est en emballement thermique. Le circuit électronique peut alors transmettre un signal d'alerte S. B12859 - DD14683ST 9 Des simulations ont été réalisées en utilisant dix capteurs de température 22 connectés en série, chaque capteur de température 22 étant disposé en vis-à-vis de l'un des accumulateurs 12. La figure 4 représente des courbes d'évolution C1 et C2 de la résistance équivalente de l'ensemble des capteurs de température 22 en fonction de la température dans deux configurations de fonctionnement. L'axe des abscisses correspond à la température la plus élevée parmi les températures des accumulateurs 12 de l'ensemble-batterie 10. La courbe C1 a été obtenue dans le cas où la température de fonctionnement des accumulateurs était constante et égale à 60 °C pour chaque accumulateur 12. La température de 60 °C correspond, par exemple, à la température maximale de fonctionnement normal des accumulateurs 12. La courbe C2 a été obtenue lorsque la température de fonctionnement de neuf accumulateurs 12 était constante et égale à 20 °C et lorsque la température de fonctionnement du dixième accumulateur augmentait dans le temps, ce qui représentait un emballement thermique sur le dixième accumulateur. La courbe C2 a dépassé la courbe C1 lorsque la température de l'accumulateur subissant l'emballement thermique a atteint 71 °C. La résistance équivalente correspondant à la courbe C1 peut être mémorisée dans le module de traitement 30 et le module de traitement 30 peut transmettre un signal lorsque la résistance équivalente mesurée dépasse la valeur mémorisée. De ce fait, une surchauffe de l'un des accumulateurs 12 peut être détectée avant une dégradation de ceux-ci. Il est à noter que la simulation illustrée en figure 4 était particulièrement contraignante puisqu'elle prévoyait une augmentation de température que pour un seul accumulateur, la température de fonctionnement des neufs autres accumulateurs restant constante à environ 20 °C. En pratique, la température de fonctionnement des accumulateurs voisins de l'accumulateur en emballement thermique tend à augmenter de sorte que la marge B12859 - DD14683ST 10 d'élévation de température pour la détection d'une alarme est réduite par rapport à la simulation illustrée en figure 4. La figure 5 représente les courbes C1 et C2 de la figure 4 et représente, en outre, une courbe C3 d'évolution de 5 la résistance équivalente de l'ensemble des capteurs de température 22 en fonction de la température la plus élevée des dix accumulateurs lorsque huit des dix accumulateurs sont maintenus à 20 °C et que deux accumulateurs s'échauffent dans le temps. La courbe C3 passe au-dessus de la courbe C1 lorsque la 10 température des accumulateurs s'échauffant atteint 68 °C, c'est-à-dire huit degrés de plus que la température maximale de fonctionnement normal des accumulateurs. La figure 6 représente un autre mode de réalisation d'un dispositif de détection dans lequel le dispositif comprend 15 l'ensemble des éléments du dispositif de détection représenté en figure 3 et comprend, en outre, un ensemble de capteurs de température supplémentaires 40 (LIN) disposés en série et reliés au module de traitement 30 (BMS). De préférence, le nombre de capteurs supplémentaires 40 est identique au nombre de capteurs 20 de température 22. De préférence, chaque capteur de température 40 est disposé de façon adjacente à l'un des capteurs de température 22. De préférence, chaque capteur supplémentaire 40 est un capteur dont la résistance varie en fonction de la température de façon sensiblement linéaire. Chaque capteur 40 25 peut être un capteur de température à résistance de platine connue sous l'appellation PT100, PT1000 ou PT10000. A titre d'exemple, un capteur de température PT100 a une résistance de 100 ohms à 0 °C et de 138,5 ohms à 100 °C. Le capteur de température 40 peut, en outre, correspondre à un capteur de 30 température à résistance à coefficient de température négatif ou résistance NTC (de l'anglais Négative Temperature Coefficient) qui présente généralement une plage de fonctionnement dans laquelle la résistance varie de façon sensiblement linéaire en fonction de la température. Une résistance NTC est, par exemple, B12859 - DD14683ST 11 réalisée par une piste résistive à base d'un oxyde métallique tel que de l'oxyde d'étain dopé à l'antimoine. Le module de traitement 30 peut déterminer la résistance équivalente R1 de l'ensemble des capteurs de 5 température 22 et la résistance équivalente R2 de l'ensemble des capteurs de température 40. Le module de traitement 30 peut fournir un signal d'alarme S lorsque la résistance équivalente R1 est supérieure à la résistance équivalente R2. A titre de variante, le module de traitement 30 peut fournir un signal 10 d'alarme S lorsque le taux de variation de la résistance équivalente R1 est supérieur au taux de variation de la résistance équivalente R2. La figure 7 représente la courbe C2 de la figure 4, de façon moins précise, et des courbes C4, C5 et C6. L'axe des 15 abscisses correspond à la température la plus élevée parmi les températures des accumulateurs 12 de l'ensemble-batterie 10. La courbe C4 est une courbe d'évolution de la résistance équivalente de l'ensemble des capteurs de température 22 en fonction de la température lorsque la température de chaque 20 accumulateur 12 augmente dans le temps de la même façon. La courbe C5 représente la courbe d'évolution de la résistance équivalente des capteurs de température 40 lorsque la température de neuf des dix accumulateurs est maintenue à 20 °C et lorsque la température du dixième accumulateur augmente dans 25 le temps. La courbe C6 représente l'évolution de la résistance équivalente de l'ensemble des capteurs de température 40 lorsque la température des dix accumulateurs augmente dans le temps de la même façon. La courbe C2 passe au-dessus de la courbe C5 lorsque 30 la température de l'accumulateur en surchauffe est de 68 °C. De ce fait, en comparaison avec la figure 4, le module de traitement 30 peut donc déterminer si tous les accumulateurs 12 sont à 60 °C ou si un seul des accumulateurs est à 68 °C et les autres accumulateurs sont à température ambiante. B12859 - DD14683ST 12 La figure 8 représente un schéma électrique équivalent illustrant un mode de réalisation d'une partie du circuit électronique 20 dans lequel les capteurs de température 22 sont connectés en parallèle au module de traitement 30 (BMS) présent 5 sur la carte électronique 23. Ce mode de réalisation peut être adapté au cas où chaque capteur 22 correspond à un capteur de température à résistance à coefficient de température négatif. En effet, la mise en parallèle des capteurs de température à résistance à coefficient de température négatif permet d'obtenir 10 une sensibilité plus élevée. Un avantage du dispositif de détection est que le nombre de pistes conductrices reliant les capteurs de température 22 et/ou les capteurs de température 40 au module de traitement 30 est réduit. En outre, le module de traitement 30 15 n'a à réaliser des opérations de calcul que sur un nombre réduit de signaux. La conception du circuit imprimé 21 et du module de traitement 30 est ainsi simplifiée. Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de 20 l'art. En particulier, bien que des modes de réalisation aient été décrits dans lesquels l'ensemble des capteurs de température sont connectés en série ou en parallèle, il est clair que la connexion des capteurs de température 22 les uns aux autres peut être différente. En particulier, une partie des capteurs peuvent 25 être connectés en série tandis qu'une autre partie des capteurs peuvent être connectés en parallèle. REVENDICATIONS1. Dispositif (20) de détection d'une surchauffe d'un système électrique (11), comprenant un premier ensemble de premiers capteurs de température (22) connectés les uns aux autres en série ou en parallèle, chaque premier capteur de température comprenant une résistance à coefficient de température supérieur en valeur absolue à 150 ppm par degré au moins sur une plage de température. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le premier ensemble est relié à un module de traitement (30) adapté à fournir un signal d'alarme (S) lorsque des conditions sur la résistance électrique équivalente du premier ensemble sont remplies. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier ensemble comprend au moins cinq premiers 15 capteurs de température (22). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les premiers capteurs de température (22) sont connectés en série. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendi20 cations 1 à 4, dans lequel chaque premier capteur de température (22) comprend une résistance à coefficient de température positif. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les premiers capteurs de température 25 (22) sont connectés en parallèle. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel chaque premier capteur de température (22) comprend une résistance à coefficient de température négatif. 30 8. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le module de traitement (30) est adapté à fournir le signal d'alarme (S) lorsque la résistance électrique équivalente du premier ensemble est supérieure à un seuil.B12859 - DD14683ST 14 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant un deuxième ensemble de deuxièmes capteurs de température (40) connectés les uns aux autres en série ou en parallèle, chaque deuxième capteur de température comprenant une résistance à coefficient de température inférieur en valeur absolue à 100 ppm par degré au moins sur une plage de température. 10. Dispositif selon les revendications 2 et 9, dans lequel le deuxième ensemble est connecté au module de traitement (30), le module de traitement étant adapté à fournir le signal d'alarme à partir de la comparaison de l'évolution de la résistance électrique équivalente du premier ensemble à l'évolution de la résistance électrique équivalente du deuxième ensemble. 11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel le module de traitement (30) est adapté à fournir le signal d'alarme lorsque la résistance électrique équivalente du premier ensemble est supérieure à la résistance électrique équivalente du deuxième ensemble. 12. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel le module de traitement (30) est adapté à fournir le signal d'alarme lorsque le taux de variation de la résistance électrique équivalente du premier ensemble est supérieur au taux de variation de la résistance électrique équivalente du deuxième ensemble. 13. Ensemble-batterie (10) comprenant des accumulateurs (12) et un dispositif de détection (20) d'une surchauffe d'au moins l'un des accumulateurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.