Brevet FR3026191A1 — publié le 20160325

Procédé de mesure d'une résistance d'isolation et dispositif de mesure correspondant La présente invention se rapporte de manière générale aux domaines de l'électricité et des véhicules automobiles électriques ou hybrides. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de mesure de résistance d'isolation pour des véhicules à traction au moins partiellement électrique. Un tel véhicule comporte au moins une batterie de traction alimentant, via un onduleur, un moteur électrique. La batterie de traction ayant une tension à vide pouvant aller jusqu'à 400V, il est nécessaire d'isoler le système de traction alimenté par cette batterie de traction, du châssis du véhicule. Ainsi les personnes assurant la maintenance du véhicule sont protégées du risque d'électrocution lié au toucher simultané du châssis et d'une des bornes de la batterie de traction du véhicule. La résistance d'isolation entre la batterie de traction du véhicule et le châssis du véhicule est mesurée en permanence pendant le fonctionnement du véhicule, comme décrit par exemple dans la demande de brevet européen EP1981143. Dès que cette résistance d'isolation passe en dessous d'un certain seuil, le fonctionnement du véhicule est restreint, par exemple on interdit une prochaine utilisation du moteur électrique. De plus on interdit la recharge de la batterie de traction étant donné que les courants de toucher passant par un utilisateur sont susceptibles de devenir importants par exemple si le véhicule utilise un chargeur intégré non ou mal isolé du réseau d'alimentation externe rechargeant la batterie de traction. Lorsque le véhicule est équipé d'un chargeur sans contact, c'est-à-dire permettant la recharge par induction entre d'une part une bobine primaire de transfert de puissance dans une borne de recharge externe et d'autre part une bobine secondaire de réception de puissance embarquée dans le véhicule, le chargeur sans contact est isolé du réseau d'alimentation externe au véhicule. Néanmoins la bobine secondaire du chargeur sans contact étant généralement située sous le châssis du véhicule, et donc exposée aux chocs, un risque de défaut d'isolement entre cette bobine secondaire et le châssis existe. Or ce risque n'est pas pris en compte avant une recharge de la batterie de traction du véhicule. Un des buts de l'invention est de remédier à au moins une partie des inconvénients de la technique antérieure en fournissant un procédé de mesure de résistance d'isolation et un dispositif de mesure de résistance d'isolation qui prennent en compte le risque de défaut d'isolement de la bobine secondaire d'un chargeur sans contact. A cette fin, l'invention propose un procédé de mesure d'une résistance d'isolation entre d'une part une batterie de traction d'un véhicule à traction au moins partiellement électrique, et d'autre part le châssis dudit véhicule, ledit véhicule comportant un système de recharge sans contact relié à ladite batterie de traction via des relais batterie, ledit système de recharge comportant un circuit résonnant apte à recevoir une puissance de charge d'une structure externe de charge sans contact, ledit circuit résonnant étant connecté à l'entrée d'un redresseur lui-même connecté en sortie à ladite batterie, ledit procédé comportant des étapes de : - connexion d'un circuit de mesure à au moins une borne de ladite batterie, lesdits relais batterie étant fermés, - mesure d'au moins une tension entre un point du châssis et un point dudit circuit de mesure, détermination d'une résistance d'isolation entre ladite batterie et ledit châssis, ledit procédé étant caractérisé en ce que ladite étape de mesure est précédée d'une étape de fermeture d'interrupteurs commandés dudit redresseur. Grâce à l'invention, un défaut d'isolement entre la bobine secondaire du chargeur sans contact, présent dans le circuit résonnant de ce chargeur, sera mis en évidence par une mesure de résistance d'isolation trop faible entre la batterie et le châssis du véhicule. Ainsi l'invention permet de s'affranchir d'un système de mesure de défaut d'isolement dédié à la bobine secondaire du chargeur, en intégrant la prise en compte de ce problème dans la mesure de résistance d'isolation effectuée habituellement entre la batterie de traction et le châssis du véhicule. L'invention permet donc une prise en compte simple et peu coûteuse de ce risque de défaut d'isolement. Selon une caractéristique avantageuse du procédé de mesure de résistance d'isolation selon l'invention, ladite étape de fermeture comporte la fermeture des interrupteurs commandés du redresseur connectés à la borne négative de ladite batterie de traction, les interrupteurs commandés du redresseur connectés à la borne positive de ladite batterie de traction n'étant pas fermés. La fermeture des interrupteurs bas du redresseur permet de mesurer la résistance d'isolation entre la borne négative de la batterie et le châssis du véhicule, cette résistance d'isolation incluant la résistance d'isolation existant entre la bobine secondaire du chargeur et le châssis du véhicule. Alternativement, ladite étape de fermeture comporte la fermeture des interrupteurs commandés du redresseur connectés à la borne positive de ladite batterie de traction, les interrupteurs commandés du redresseur connectés à la borne négative de ladite batterie de traction n'étant pas fermés. La fermeture des interrupteurs hauts du redresseur permet de mesurer la résistance d'isolation entre la borne positive de la batterie et le châssis du véhicule, cette résistance d'isolation incluant la résistance d'isolation existant entre la bobine secondaire du chargeur et le châssis du véhicule. L'étape de fermeture est par exemple suivie d'une étape de mesure d'une tension entre ladite borne de ladite batterie et ledit châssis, ladite étape de mesure d'une tension étant suivie de ladite étape de connexion dudit circuit de mesure, ledit circuit de mesure étant une impédance de valeur prédéterminée, que l'on connecte dans cette étape de connexion entre le châssis du véhicule et ladite borne de ladite batterie, et ladite étape de connexion est suivie de ladite étape de mesure d'au moins une tension entre un point du châssis et un point dudit circuit de mesure, ledit point dudit circuit de mesure étant situé au niveau de ladite borne de ladite batterie. Ce mode de réalisation permet une mesure simple et peu coûteuse de la résistance d'isolation entre la batterie et le châssis du véhicule. Alternativement, l'étape de fermeture est suivie de ladite étape de connexion dudit circuit de mesure, ledit circuit de mesure étant un générateur de courant connecté à une première borne d'une résistance de valeur connue connectée par l'autre de ses bornes à une première borne d'une capacité de valeur connue, ladite résistance et ladite capacité faisant partie dudit circuit de mesure, la deuxième borne de ladite capacité étant connectée à ladite borne de ladite batterie, et ladite étape de connexion est suivie de ladite étape de mesure d'au moins une tension entre un point du châssis et un point dudit circuit de mesure, ledit point dudit circuit de mesure étant situé au niveau de ladite première borne de ladite capacité. Ce mode de réalisation est plus complexe à mettre en oeuvre mais permet d'obtenir les composantes complexes de la résistance d'isolation entre chacune des bornes de la batterie et le châssis du véhicule. L'invention concerne aussi un dispositif de mesure d'une résistance d'isolation entre d'une part une batterie de traction d'un véhicule à traction au moins partiellement électrique, et d'autre part le châssis dudit véhicule, ledit véhicule comportant un système de recharge sans contact relié à ladite batterie de traction via des relais batterie, ledit système de recharge comportant un circuit résonnant apte à recevoir une puissance de charge d'une structure externe de charge sans contact, ledit circuit résonnant étant connecté à l'entrée d'un redresseur lui-même connecté en sortie à ladite batterie, ledit dispositif comportant : - des moyens de connexion d'un circuit de mesure à au moins une borne de ladite batterie, lesdits relais batterie étant fermés, - des moyens de mesure d'au moins une tension entre un point du châssis et un point dudit circuit de mesure, des moyens de détermination d'une résistance d'isolation entre ladite batterie et ledit châssis, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de fermeture d'interrupteurs commandés dudit redresseur, et des moyens de commande aptes à déclencher lesdits moyens de mesure seulement après activation desdits moyens de fermeture. Préférentiellement, lesdits moyens de fermeture sont aptes à commander la fermeture des interrupteurs dont une des bornes est connectée à ladite borne de ladite batterie de traction, les autres interrupteurs restants en position ouverte. Lorsque ledit circuit de mesure est une impédance de valeur prédéterminée, lesdits moyens de connexion sont aptes à connecter ladite impédance entre le châssis du véhicule et ladite borne de ladite batterie, les moyens de mesure sont aptes à mesurer une tension entre ledit châssis et ladite borne de ladite batterie, et les moyens de commande sont aptes à activer lesdits moyens de mesure une première fois avant activation desdits moyens de connexion, et une deuxième fois après activation desdits moyens de connexion. Lorsque ledit circuit de mesure comporte un générateur de courant connecté à une première borne d'une résistance de valeur connue connectée par l'autre de ses bornes à une première borne d'une capacité de valeur connue, ladite résistance et ladite capacité faisant partie dudit circuit de mesure, la deuxième borne de ladite capacité étant connectée à ladite borne de ladite batterie, lesdits moyens de mesure sont aptes à mesurer la tension entre un point du châssis et un point dudit circuit de mesure situé au niveau de ladite première borne de ladite capacité. Le dispositif de mesure d'une résistance d'isolation présente des avantages analogues à celui du procédé de mesure d'une résistance d'isolation selon l'invention.30 D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préféré décrit en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente un système de charge sans contact pour un véhicule électrique, - la figure 2 représente des étapes du procédé de mesure d'une résistance d'isolation selon l'invention, - la figure 3 représente un dispositif de mesure d'une résistance d'isolation selon l'invention, - et la figure 4 représente d'autres étapes du procédé de mesure d'une résistance d'isolation selon l'invention. Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 1, un système de charge sans contact d'un véhicule électrique ou hybride est intégré dans le châssis CHA d'un véhicule. Ce système de charge comporte : - Une bobine de puissance L2 connectée d'une part au point milieu d'un premier bras d'un redresseur à diodes, et d'autre part à une première borne d'une capacité C2 dont l'autre borne est connectée au point milieu d'un deuxième bras du redresseur à diodes ; - Le redresseur à diodes formé des deux bras, chaque bras comportant deux diodes montées en série ; les anodes des diodes à une extrémité de chaque bras sont reliées à la borne négative d'une batterie Batt de traction du véhicule, les cathodes des diodes à l'autre extrémité de chaque bras sont reliées à la borne positive de la batterie Batt ; entre les deux diodes de chaque bras se trouve un point milieu d'entrée du pont redresseur, relié à une borne du circuit résonnant série formé de la bobine de puissance L2 et de la capacité C2 ; aux bornes de chaque diode du pont redresseur est par ailleurs connecté en parallèle un transistor dont l'émetteur est relié à l'anode de la diode et le collecteur à la cathode de la diode ; ces transistors Ti, T2, T3 et T4 sont par exemples des IGBT (d'après l'anglais « Insulated Gate Bipolar Transistor ») servant d'interrupteurs commandés. - Et une capacité de lissage connectée en sortie du redresseur entre celui-ci et la batterie de traction Batt. La bobine secondaire de puissance L2 est apte à recevoir une puissance de charge d'une borne de charge sans contact extérieure BCE. L'isolation entre la batterie de traction Batt et le châssis CHA est modélisée par : - une résistance d'isolation R1 entre la borne positive de la batterie Batt et le châssis CHA, - et une résistance d'isolation R2 entre la borne négative de la batterie Batt et le châssis CHA. D'autre part l'isolation entre le système de charge et le châssis CHA est modélisée par : - une résistance d'isolation R5 entre le châssis CHA et la deuxième borne de la capacité C2 connectée au point milieu du deuxième bras du redresseur à diodes, se situant entre le transistor T2 dit transistor « haut » car connecté à la borne positive de la batterie Batt, et le transistor T4 dit transistor « bas » car connecté à la borne négative de la batterie Batt, - une résistance d'isolation R4 entre le châssis CHA et la première borne de la capacité C2 connectée à la bobine secondaire L2, - et une résistance d'isolation R3 entre le châssis CHA et l'extrémité de la bobine secondaire L2 qui est connectée au point milieu du premier bras du redresseur à diodes, se situant entre le transistor « haut » Ti et le transistor « bas » T3. En référence à la figure 2, le procédé de mesure d'une résistance d'isolation selon l'invention est représenté sous la forme d'un algorithme comportant des étapes El à E5. Le procédé est mis en oeuvre au moins en partie de manière logicielle dans le calculateur ECU représenté sur la figure 3. Le calculateur ECU est connecté à des moyens de mesure de tension, tels que des voltmètres V1 et V2, et à des capteurs de courant. De plus il est connecté à des moyens de commande des transistors Ti à T4. L'étape El est la fermeture des transistors T3 et T4, les transistors « hauts » du redresseur étant ouverts. Cette étape permet de connecter à la borne négative de la batterie les résistances d'isolement R3 et R5. L'étape suivante E2 est la mesure d'une tension Vrni entre la borne négative de la batterie Batt et le châssis CHA du véhicule. L'étape suivante E3 est la connexion d'une impédance Zc de valeur connue, par exemple purement résistive, entre la borne négative de la batterie Batt et le châssis CHA du véhicule. Cette impédance Zc forme un circuit de mesure car uniquement utilisée pour la mesure d'une résistance d'isolation. L'étape suivante E4 est la mesure d'une tension Vm2 entre la borne négative de la batterie Batt et le châssis CHA du véhicule, l'impédance Zc étant toujours connectée entre la borne négative de la batterie Batt et le châssis CHA du véhicule. L'étape suivante E5 est alors la détermination d'une résistance d'isolation Ris01 par la formule : (Vmi - Vm2) *Zc Risol = Vm2 Or: Risol = R1R2R3R4 + R2R3R4R5 + R3R4R5R1 + R4R5R1R2 + R5R1R2R3 En effet le courant rebouclant à travers les résistances d'isolation étant supposé continu, on peut supposer que la résistance d'isolation R4 est également connectée parallèlement à la résistance d'isolation R2. Cette valeur R01 déterminée suffit à détecter un défaut d'isolement de la bobine secondaire L2. En effet si R3 OU R4 OU R5 devient trop faible, Ris01 R1R2R3R4R5 passera sous un seuil prédéterminé par des essais préalables à la mise en oeuvre de l'invention, ce qui permettra au calculateur ECU de détecter ce défaut d'isolement. Une telle détection déclenche une interdiction de charge de la batterie Batt. Afin d'affiner la détection d'un défaut d'isolement du circuit résonnant, on déconnecte l'impédance Zc entre le châssis CHA du véhicule et la borne négative de la batterie Batt, et on met en oeuvre en outre les étapes E6 à E10 représentées sur la figure 4: L'étape E6 est la fermeture des transistors Ti et T2, les transistors « bas » du redresseur étant ouverts. Cette étape permet de connecter à la borne positive de la batterie la résistance d'isolement R5. L'étape suivante E7 est la mesure d'une tension Vm3 entre la borne positive de la batterie Batt et le châssis CHA du véhicule. L'étape suivante E8 est la connexion d'une impédance Zc connue entre la borne positive de la batterie Batt et le châssis CHA du véhicule. Cette impédance Zc forme un circuit de mesure car uniquement utilisée pour la mesure d'une résistance d'isolation. L'étape suivante E9 est la mesure d'une tension Vm4 entre la borne positive de la batterie Batt et le châssis CHA du véhicule, l'impédance Zc étant toujours connectée entre la borne positive de la batterie Batt et le châssis CHA du véhicule. L'étape suivante E10 est alors la détermination d'une résistance d'isolation Ris012 par la formule : (Vin3 Vm4) Risol2 = * Zc Vm4 Or Risol2 = R1R2 + R2R5 + R5R1 R1R2R5 En effet le courant rebouclant à travers les résistances d'isolation étant supposé continu, on peut supposer que la résistance d'isolation R3 et la résistance d'isolation R4 sont déconnectées des bornes de la batterie Batt. Cette valeur Ris012 déterminée permet de détecter qu'un défaut d'isolement de la bobine secondaire L2 se situe au niveau de la résistance d'isolation R5. En effet dans un tel cas, la valeur Ris012 passera sous un seuil prédéterminé par des essais préalables à la mise en oeuvre de l'invention. Il est à noter que les résistances d'isolation R1 et R2 peuvent être vérifiées indépendamment des résistances d'isolation R3 à R5 en réalisant des mesures similaires, les transistors Ti à T4 étant laissés ouverts. De plus il est à noter que l'invention est réalisable en utilisant différentes méthodes de détermination de résistance d'isolation. En effet il est par exemple possible d'utiliser la méthode décrite dans la demande de brevet US2004130326 dans laquelle on injecte un courant pulsé de valeur connue dans un circuit de mesure. Ce circuit de mesure comporte une résistance de mesure connectée par une de ses bornes au générateur de courant et par l'autre de ses bornes à une première borne d'une capacité de mesure faisant partie du circuit de mesure. La deuxième borne de la capacité de mesure est connectée à une des bornes de la batterie de traction d'un véhicule. La mesure d'une tension entre le châssis du véhicule et la première borne de la capacité de mesure, à différentes fréquences, permet de déterminer la résistance d'isolation du véhicule. Un principe similaire est décrit dans la demande de brevet français de numéro de dépôt FR1251591. L'utilisation de cette méthode en fermant un seul des interrupteurs T1 à T4 permet de mesurer différentes valeurs de résistances d'isolation équivalentes tenant compte de seulement certaines des résistances R3 à R5. De même des variantes de réalisation du mode de réalisation préféré décrit dans cette demande sont envisageables : les étapes E6 à El 0 sont facultatives ou utilisables à la place des étapes El à E5. Dans une autre variante l'impédance prédéterminée Zc est constituée d'une résistance montée en parallèle d'une capacité. Enfin l'utilisation de capteurs de courants précis permet de déterminer en une seule étape de mesure de tension et une seule étape de mesure de courant la résistance d'isolation équivalente entre une des bornes de la batterie de traction Batt et le châssis du véhicule. La combinaison de différentes méthodes de mesure de résistance d'isolation permet de calculer séparément chacune des résistances d'isolation R1 à R5. REVENDICATIONS1. Procédé de mesure d'une résistance d'isolation (Roi, Ris0i2) entre d'une part une batterie de traction (Batt) d'un véhicule à traction au moins partiellement électrique, et d'autre part le châssis (CHA) dudit véhicule, ledit véhicule comportant un système de recharge sans contact relié à ladite batterie (Batt) de traction via des relais batterie, ledit système de recharge comportant un circuit résonnant apte à recevoir une puissance de charge d'une structure externe (BCE) de charge sans contact, ledit circuit résonnant étant connecté à l'entrée d'un redresseur lui-même connecté en sortie à ladite batterie (Batt), ledit procédé comportant des étapes de : - connexion (E3, E8) d'un circuit de mesure (Zc) à au moins une borne de ladite batterie (Batt), lesdits relais batterie étant fermés, mesure (E2, E4, E7, E9) d'au moins une tension (Vmi, Vm2, Vm3, Vm4) entre un point du châssis et un point dudit circuit de mesure (Zc), - détermination (E5, E10) d'une résistance d'isolation (Roi, Ris0i2) entre ladite batterie (Batt) et ledit châssis (CHA), ledit procédé étant caractérisé en ce que ladite étape (E2, E4, E7, E9) de mesure est précédée d'une étape de fermeture (El, E6) d'interrupteurs commandés (T3, T4, Ti, T2) dudit redresseur. 2. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de fermeture (El) ) comporte la fermeture des interrupteurs (T3, T4) commandés du redresseur connectés à la borne négative de ladite batterie (Batt) de traction, les interrupteurs commandés du redresseur connectés à la borne positive de ladite batterie de traction n'étant pas fermés. 3. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de fermeture (El) ) comporte la fermeture des interrupteurs commandés (Ti, T2) du redresseur connectés à la borne positive de ladite batterie detraction, les interrupteurs commandés du redresseur connectés à la borne négative de ladite batterie de traction n'étant pas fermés. 4. Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'étape de fermeture (El, E6) est suivie d'une étape de mesure (E2, E7) d'une tension (Vmi, V,3) entre ladite borne de ladite batterie (Batt) et ledit châssis, ladite étape de mesure (E2, E7) d'une tension étant suivie de ladite étape de connexion (E3, E8) dudit circuit de mesure (Zc), ledit circuit de mesure est une impédance (Zc) de valeur prédéterminée, que l'on connecte dans cette étape de connexion (E3, E8) entre le châssis du véhicule et ladite borne de ladite batterie (Batt), et dans lequel ladite étape de connexion (E3, E8) est suivie de ladite étape (E4, E9) de mesure d'au moins une tension (V,,2, V,,4) entre un point du châssis et un point dudit circuit de mesure, ledit point dudit circuit de mesure étant situé au niveau de ladite borne de ladite batterie. 5. Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'étape de fermeture est suivie de ladite étape de connexion dudit circuit de mesure, ledit circuit de mesure étant un générateur de courant connecté à une première borne d'une résistance de valeur connue connectée par l'autre de ses bornes à une première borne d'une capacité de valeur connue, ladite résistance et ladite capacité faisant partie dudit circuit de mesure, la deuxième borne de ladite capacité étant connectée à ladite borne de ladite batterie, et dans lequel ladite étape de connexion est suivie de ladite étape de mesure d'au moins une tension entre un point du châssis et un point dudit circuit de mesure, ledit point dudit circuit de mesure étant situé au niveau de ladite première borne de ladite capacité. 6. Dispositif de mesure d'une résistance d'isolation entre d'une part une batterie de traction (Batt) d'un véhicule à traction au moins partiellement électrique, et d'autre part le châssis dudit véhicule, ledit véhicule comportant un système de recharge sans contact relié à ladite batterie de traction (Batt)via des relais batterie, ledit système de recharge comportant un circuit résonnant apte à recevoir une puissance de charge d'une structure externe de charge (BCE) sans contact, ledit circuit résonnant étant connecté à l'entrée d'un redresseur lui-même connecté en sortie à ladite batterie (Batt), ledit dispositif comportant : - des moyens de connexion d'un circuit de mesure (Zc) à au moins une borne de ladite batterie (Batt), lesdits relais batterie étant fermés, - des moyens de mesure (V1, V2) d'au moins une tension entre un point du châssis et un point dudit circuit de mesure (Zc), des moyens de détermination d'une résistance d'isolation (Roi, Ris0i2) entre ladite batterie (Batt) et ledit châssis, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de fermeture d'interrupteurs commandés dudit redresseur, et des moyens de commande aptes à déclencher lesdits moyens de mesure seulement après activation desdits moyens de fermeture. 7. Dispositif de mesure selon la revendication 6, dans lequel lesdits moyens de fermeture sont aptes à commander la fermeture des interrupteurs (T3, T4, Ti, T2) dont une des bornes est connectée à ladite borne de ladite batterie de traction, les autres interrupteurs restants en position ouverte. 8. Dispositif de mesure selon la revendication 6 ou 7, dans lequel ledit circuit de mesure étant une impédance (Zc) de valeur prédéterminée, lesdits moyens de connexion sont aptes à connecter ladite impédance entre le châssis du véhicule et ladite borne de ladite batterie (Batt), les moyens de mesure (V1, V2) sont aptes à mesurer une tension (Vmi, Vm2, Vm3, Vm4) entre ledit châssis et ladite borne de ladite batterie, et les moyens de commande sont aptes à activer lesdits moyens de mesure (V1, V2) une première fois avant activation desdits moyens de connexion, et une deuxième fois après activation desdits moyens de connexion. 9. Dispositif de mesure selon la revendication 6 ou 7, dans lequel ledit circuit de mesure étant un générateur de courant connecté à une première borne d'une résistance de valeur connue connectée par l'autre de ses bornes à une première borne d'une capacité de valeur connue, ladite résistance et ladite capacité faisant partie dudit circuit de mesure, la deuxième borne de ladite capacité étant connectée à ladite borne de ladite batterie, lesdits moyens de mesure sont aptes à mesurer la tension entre un point du châssis et un point dudit circuit de mesure situé au niveau de ladite première borne de ladite capacité. 15 20