Brevet FR3060885A1 — publié le 20180622

Dispositif de protection d'un réseau de bord de véhicule automobile en cas d'inversion de polarité [0001] La présente invention concerne de manière générale un dispositif de protection d'un réseau de bord de véhicule automobile en cas d'inversion de polarité. [0002] Un réseau de bord de véhicule automobile est alimenté en énergie électrique par une batterie qui lui délivre une tension positive de +12V par l'intermédiaire d'un câble d'alimentation électrique. Une inversion de polarité est susceptible de se produire principalement dans deux cas : - lorsqu'une nouvelle batterie est branchée à l'envers (par exemple lors d'un changement de batterie), la tension fournie au réseau de bord passe de OV à -12V ; - lorsque la batterie est faible et délivre une tension réduite (par exemple de +9V), et qu'on la branche à l'envers à une source d'alimentation externe telle que la batterie d'un autre véhicule, à l'aide de câbles, la tension fournie au réseau de bord passe alors de +9V à -12V. [0003] Dans les deux cas, l'inversion de polarité peut provoquer des déclenchements intempestifs de fonctions du réseau de bord, potentiellement dangereux, et/ou la détérioration de certains composants du réseau de bord. [0004] Une solution connue de protection du réseau de bord contre le risque d'inversion de polarité consiste à prévoir une activation par relais, transistor ou autre interrupteur de chaque organe du réseau de bord, protégée par une diode dont le rôle est de bloquer le courant de commande du relais et ainsi interdire sa fermeture en cas d'inversion de polarité. Une telle protection nécessite la mise en place d'un grand nombre de composants (relais, transistors ou autres interrupteurs, et diodes) dispersés dans le réseau de bord. Cela présente les inconvénients d'un surcoût et de risques de défaillances supplémentaires. [0005] Le document EP 2 399 331 décrit un dispositif de protection contre l'inversion de polarité pour véhicule automobile comportant une diode de détection couplée thermiquement avec un dispositif de déclenchement, activable 3060885 2 thermiquement, permettant de déconnecter une alimentation externe. En cas d'inversion de polarité, dû par exemple à un branchement à l'envers de l'alimentation externe, la diode devient passante et est traversée par un important courant de fuite (de l'ordre de plusieurs centaines d'ampères), pendant plusieurs 5 secondes. Cela a pour effet de produire un échauffement de la diode qui active thermiquement le dispositif de déclenchement de telle sorte que l'alimentation externe est déconnectée. La solution décrite dans EP 2 399 331 repose donc sur l'activation thermique d'un dispositif déclenchement destiné à interrompre la liaison électrique avec l'alimentation externe branchée à l'envers, obtenue par 10 échauffement thermique d'une diode traversée par un fort courant et transmission thermique de cet échauffement au dispositif de déclenchement. Une telle solution présente plusieurs inconvénients. Elle s'avère complexe à mettre en oeuvre car elle nécessite la fabrication et l'assemblage de pièces ayant des formes spécifiques adaptées pour un couplage thermique des pièces entre elles. En outre, le temps 15 d'activation du dispositif de déclenchement est relativement long, de l'ordre de plusieurs secondes, du fait qu'il repose sur une transmission de chaleur. [0006] La présente invention vient améliorer la situation. [0007] Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un dispositif de protection d'un réseau de bord de véhicule automobile en cas 20 d'inversion de polarité, comprenant : - un composant pyrotechnique de coupure agencé pour couper un câble d'alimentation électrique du réseau de bord ; - un module de commutation électrique agencé, en cas d'inversion de polarité, pour commuter d'un état non passant à un état passant qui permet le 25 passage d'un courant électrique ; caractérisé en ce qu'il comprend une résistance électrique auxiliaire, distincte dudit module de commutation et reliée audit module de commutation par l'intermédiaire d'une connexion électrique, agencée pour être traversée par ledit courant et pour produire un échauffement thermique suffisant pour activer le composant pyrotechnique de coupure. [0008] Ainsi, selon l'invention, en cas d'inversion de polarité, le module de commutation devient passant et permet le passage d'un courant 3060885 3 électrique à travers lui. Ce courant électrique traverse une résistance auxiliaire (c'est-à-dire distincte et complémentaire du module de commutation) qui, par effet de Joule, produit un échauffement thermique. Cet échauffement thermique est adapté pour déclencher le composant pyrotechnique de coupure qui coupe alors le 5 câble d'alimentation. [0009] Avantageusement, la résistance et le module de commutation sont connectés en série. Ainsi, le courant traversant le module de commutation traverse aussi la résistance. [0010] Avantageusement encore, la résistance et le module de 10 commutation sont connectés entre un point de raccordement au câble d'alimentation électrique et la masse électrique du véhicule. En cas d'inversion de polarité, la tension aux bornes de la résistance est ainsi proche de la tension aux bornes de la batterie. [0011] Le composant pyrotechnique est avantageusement un 15 sectionneur pyrotechnique et ladite résistance auxiliaire est une résistance interne du sectionneur. [0012] Avantageusement encore, ladite résistance auxiliaire est agencée dans le composant pyrotechnique et joue le rôle d'élément résistif chauffant du composant pyrotechnique. Elle est ainsi localisée de façon optimale 20 pour déclencher rapidement le composant pyrotechnique par échauffement thermique, tout en étant commandée par le module de commutation. [0013] Le composant pyrotechnique peut comprendre un allumeur électro-pyrotechnique, la résistance auxiliaire étant agencée dans l'allumeur. [0014] Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, le 25 module de commutation comprend deux commutateurs connectés en série. L'utilisation de deux commutateurs permet de sécuriser le dispositif de protection. En particulier, en cas de court-circuit d'un commutateur défaillant, l'autre commutateur peut continuer à assurer la fonction de commutation. [0015] Le module de commutation comprend avantageusement l'un 30 au moins des éléments du groupe comportant une diode et un transistor. Le module de commutation peut ainsi comprendre deux diodes, ou une diode et un transistor, ou encore deux transistors. [0016] Dans une forme de réalisation particulière, le transistor est un transistor bipolaire dont la base est connectée audit câble d'alimentation électrique. 3060885 4 Dans ce cas, le potentiel du câble d'alimentation constitue un signal de commande du transistor. [0017] Un autre aspect de l'invention concerne un module de protection électrique pour véhicule automobile intégrant le dispositif de protection en 5 cas d'inversion de polarité tel que précédemment défini et des moyens pour recevoir un signal de commande destiné à déclencher le composant pyrotechnique, en provenance d'un calculateur du réseau de bord, en cas de choc du véhicule. [0018] L'invention concerne également un véhicule automobile intégrant le dispositif de protection précédemment défini et/ou le module de 10 protection électrique tel que défini ci-dessus. [0019] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : 15 la figure 1 représente un premier système comportant un réseau de bord de véhicule automobile, une batterie d'alimentation, branchée dans le bon sens de polarité, et un dispositif de protection selon une première forme de réalisation particulière de l'invention ; la figure 2 représente le premier système de la figure 1 avec la 20 batterie branchée en sens inverse de polarité. la figure 3 représente un deuxième système comportant un réseau de bord de véhicule automobile, une batterie d'alimentation, branchée dans le bon sens de polarité, et un dispositif de protection selon une deuxième forme de réalisation particulière de l'invention et 25 la figure 4 représente le deuxième système de la figure 3, avec la batterie branchée en sens inverse de polarité. [0020] On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de 30 l'invention défini par les revendications annexées. D'emblée, on notera que sur les différentes figures les même références représentent des éléments identiques ou correspondants. 3060885 5 [0021] Sur la figure 1, on a représenté un système comportant un réseau de bord 10 de véhicule automobile, une batterie 20 d'alimentation électrique du réseau de bord 10 et un dispositif ou circuit de protection 30, selon une première forme de réalisation de l'invention. 5 [0022] La batterie 20 est ici une batterie de tension Vbat (par exemple Vbat est égal à 12 V), destinée à alimenter le réseau de bord 10 en énergie électrique. Elle comporte une borne négative 21 reliée à une masse électrique du véhicule et une borne positive 22 reliée au réseau de bord 10 par l'intermédiaire d'un câble 40 d'alimentation électrique, également appelé câble primaire 10 d'alimentation. Le réseau de bord 10 est également relié à la masse du véhicule. Sur la figure 1, la batterie 20 est branchée dans le bon sens : sa borne positive 22 est branchée au câble 40 d'alimentation électrique du réseau de bord 10. [0023] D'emblée, on notera que : - le terme « masse » ou « masse électrique » désigne la masse électrique du 15 véhicule constituée ici par sa carrosserie ; - le sigle « BAT » désigne la valeur absolue de la tension aux bornes de la batterie 20 (ou 20'), ou légèrement moins si la batterie est faible. [0024] Le dispositif ou circuit de protection 30 comporte un composant pyrotechnique de coupure 31, apte à couper le câble 40 d'alimentation 20 électrique du réseau de bord 10 depuis la borne positive 22, et un module de commutation électrique 35. [0025] Le module de commutation électrique 35 est agencé, en cas d'inversion de polarité, pour commuter d'un état non passant à un état passant qui permet le passage d'un courant électrique I. Le module de commutation 35 25 comporte de préférence deux commutateurs. Les deux commutateurs sont ici connectés en série. Dans une première forme de réalisation, les commutateurs sont des diodes 36, 37. L'utilisation de deux commutateurs connectés en série constitue une mesure de sécurité : en cas de court-circuit d'une diode défaillante, l'autre diode assure néanmoins la fonction de commutation. Toutefois, le module de commutation 30 35 pourrait n'utiliser qu'une seule diode. [0026] Le composant pyrotechnique de coupure 31 est par exemple un sectionneur pyrotechnique. Il comporte un allumeur électro-pyrotechnique (non 3060885 6 représenté) et un piston de coupure (non représenté). Une résistance électrique 32 est positionnée à proximité et/ou dans le composant pyrotechnique 31 et agencée pour déclencher ledit composant pyrotechnique 31 par échauffement thermique. La résistance 32 est dite « auxiliaire » car elle est annexée au module de commutation 5 électrique 35 mais est distincte de celui-ci. Elle est connectée au module de commutation électrique 35 par l'intermédiaire d'une connexion électrique et peut ainsi être placée à distance du module de commutation 35. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, la résistance 32 est intégrée dans le composant pyrotechnique, jouant le rôle de résistance interne destinée à déclencher le composant 10 pyrotechnique par échauffement thermique. Elle est plus précisément agencée dans l'allumeur électro-pyrotechnique et joue le rôle d'élément résistif chauffant de l'allumeur. [0027] La résistance 32, le dispositif de commutation 35, les deux commutateurs 36, 37, sont connectés électriquement en série entre un point de 15 raccordement 41 du câble d'alimentation 40 et la masse. [0028] La valeur de la résistance 32 est élevée, par exemple de l'ordre de 2 Ohm . Une valeur élevée de résistance 32 permet d'éviter des coupures non souhaitées. En cas d'inversion de polarité, le courant atteint très rapidement (ordre de 1 ps) une intensité supérieure à 10 A pour BAT=12V. 20 [0029] Sur la figure 1, on a représenté la batterie 20 branchée dans le bon sens : sa borne positive est branchée au réseau de bord 10 par l'intermédiaire du câble d'alimentation 40 et sa borne négative est branchée à la masse. Dans ce cas, le point de raccordement 41 est au potentiel positif « +BAT » (éventuellement légèrement moins si la batterie est faible). Les deux diodes 36, 37 sont alors 25 bloquées de sorte que le module de commutation 35 est dans un état non passant. Le courant électrique est donc quasiment nul à travers le circuit de protection 30. [0030] En référence à la figure 2, on va maintenant décrire le comportement du système en cas d'inversion de polarité. A titre d'exemple illustratif, pour obtenir une inversion de polarité, on branche une batterie 20', analogue à la 30 batterie 20, mais en sens inverse, comme représenté sur la figure 2 : la borne négative de la batterie 20' est branchée au réseau de bord 10 par l'intermédiaire du câble d'alimentation 40, tandis que la borne positive de la batterie 20' est reliée à la masse. Dans ce cas, le point de raccordement 41 est à un potentiel négatif « - 3060885 7 BAT ». Les deux diodes 36, 37 deviennent alors passantes et le module de commutation 35 commute dans un état passant. Cela permet le passage d'un courant électrique I à travers le circuit de protection 30. Ce courant I est faible, de l'ordre de 10 A pour une tension BAT de 12 V. Il circule à travers le dispositif de 5 protection 30 dans le sens allant de la masse vers le point de raccordement 41. [0031] Le courant I traverse la résistance électrique auxiliaire 32, connectée en série au module de commutation 35. La différence de potentiel aux bornes de la résistance 32 est proche de la tension batterie « BAT ». Par effet de Joule, la résistance 32 produit un échauffement thermique suffisant pour déclencher 10 le composant pyrotechnique de coupure 31. Le composant, ou interrupteur, pyrotechnique 31 est ainsi déclenché et, par conséquent, coupe le câble d'alimentation primaire 40. Le courant I constitue ainsi un signal de commande qui permet de déclencher le composant pyrotechnique 31. Le délai de coupure est très rapide, de l'ordre de 100 gsec (un dix-millième de seconde). 15 [0032] En cas de court-circuit de l'un des deux diodes 36, 37 dû à une défaillance, l'autre diode assure la fonction d'interdire ou d'autoriser le passage du courant dans la résistance 32, selon le sens du branchement de la batterie (ou d'une autre source d'alimentation externe). [0033] Sur la figure 3, on a représenté une deuxième forme de 20 réalisation du dispositif de protection de l'invention. Par souci de clarté, seuls les éléments de cette deuxième forme de réalisation qui diffèrent de la première forme de réalisation vont maintenant être décrits. [0034] Selon la deuxième forme de réalisation, le module de commutation 35 comprend une diode 37 et un transistor 38, connectés en série. Le 25 transistor 38 joue le rôle de commutateur apte à commuter entre un état non passant et un état non passant en cas d'inversion de polarité. Le transistor 38 est par exemple un transistor bipolaire et présente une base qui est reliée directement au câble d'alimentation primaire 40 en un point de raccordement 42. Le potentiel du câble d'alimentation 40 constitue ainsi un signal de commande pour faire commuter 30 le transistor entre l'état passant et l'état non passant. Lorsque la base du transistor est à un potentiel positif, le transistor est non passant. A l'inverse, lorsque la base du transistor est à un potentiel négatif, le transistor est passant. 3060885 8 [0035] Le fonctionnement du dispositif de protection tel que représenté sur les figures 3 et 4 est analogue à celui représenté sur les figures 1 et 2. Lorsque la batterie 20 est branchée dans le bon sens (comme représenté sur la figure 3), la diode 37 et le transistor 38 sont tous les deux dans un état non passant. 5 En cas d'inversion de polarité, par exemple lorsqu'une batterie 20', analogue à la batterie 20, est branchée en sens inverse (comme représenté sur la figure 4), la diode 37 et le transistor 38 commutent tous les deux dans un état passant. Le module de commutation 35 commute alors dans un état passant qui permet le passage d'un courant électrique. Ce courant électrique traverse la résistance 32 du 10 composant pyrotechnique qui produit un échauffement thermique suffisant pour déclencher le composant pyrotechnique de coupure 31. Le câble d'alimentation 40 est alors coupé. [0036] En cas de court-circuit de l'un des deux commutateurs (diode 37 ou transistor 38) dû à une défaillance, l'autre commutateur (transistor 38 ou diode 15 37) assure la fonction d'interdire ou d'autoriser le passage du courant dans la résistance 32, selon le sens du branchement de la batterie (ou d'une autre source d'alimentation externe). [0037] Dans les deux exemples de réalisation de l'invention qui viennent d'être décrits, le module de commutation 35 comprend soit deux diodes 36, 20 37 en série, soit un transistor 38 et une diode 37 en série. D'une manière générale, le module de commutation 35 comprend deux commutateurs connectés en série. Chaque commutateur est adapté pour commuter d'un état non passant en mode de fonctionnement normal (sans inversion de polarité), à un état passant en cas d'inversion de polarité. Le commutateur peut être une diode, un transistor ou tout 25 autre dispositif adapté. L'utilisation de deux commutateurs est liée à des raisons de sécurité. On pourrait toutefois envisager de n'en utiliser qu'un seul. [0038] Le composant pyrotechnique 31 pourrait également être déclenché en cas de choc, sur réception d'un signal de commande d'un calculateur ECU (de l'anglais « Electronic Control Unit », Unité électronique de commande) du 30 réseau de bord, par exemple le calculateur d'airbags. Dans ce cas, le même composant pyrotechnique 31 pourrait être utilisé pour couper le câble d'alimentation soit en cas d'inversion de polarité, soit en cas de choc. L'invention concerne donc aussi un module de protection électrique pour véhicule automobile intégrant le 3060885 9 dispositif de protection en cas d'inversion de polarité tel que précédemment défini et des moyens pour recevoir un signal de commande du composant pyrotechnique, en provenance d'un calculateur du réseau de bord, en cas de choc du véhicule. Le module de protection du réseau de bord en cas d'inversion de polarité ou en cas de 5 choc peut être logé dans un boîtier spécifique. [0039] L'invention concerne aussi un véhicule intégrant le dispositif de protection électrique de son réseau de bord en cas d'inversion de polarité et/ou le boîtier de protection électrique tel que défini ci-dessus. REVENDICATIONS1. Dispositif de protection d'un réseau de bord (10) de véhicule automobile en cas d'inversion de polarité, comprenant : - un composant pyrotechnique de coupure (31) agencé pour couper un câble (40) d'alimentation électrique du réseau de bord (10) ; - un module de commutation électrique (35) agencé, en cas d'inversion de polarité, pour commuter d'un état non passant à un état passant qui permet le passage d'un courant électrique ; caractérisé en ce qu'il comprend une résistance électrique auxiliaire (32), distincte dudit module de commutation (35) et reliée audit module de commutation (35) par l'intermédiaire d'une connexion électrique, agencée pour être traversée par ledit courant et pour produire un échauffement thermique suffisant pour activer le composant pyrotechnique de coupure (31). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance (32) et le module de commutation (35) sont connectés en série. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résistance (32) et le module de commutation (35) sont connectés entre un point (41) de raccordement au câble d'alimentation électrique (40) et une masse 20 électrique du véhicule. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite résistance auxiliaire (32) est agencée dans le composant pyrotechnique (31) et joue le rôle d'élément résistif chauffant du composant pyrotechnique (31). 25 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composant pyrotechnique (31) comprend un allumeur électropyrotechnique et la résistance auxiliaire (32) est agencée dans l'allumeur. 3060885 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de commutation (35) comprend deux commutateurs (36, 37 ; 37, 38) connectés en série. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en 5 ce que le module de commutation (35) comprend l'un au moins des éléments du groupe comportant une diode (36, 37) et un transistor (38). 8. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le transistor (38) est un transistor bipolaire dont la base est connectée audit câble d'alimentation électrique (40). 10 9. Module de protection électrique pour véhicule automobile intégrant le dispositif de protection en cas d'inversion de polarité selon l'une des revendications 1 à 8 et des moyens pour recevoir un signal de commande destiné à déclencher le composant pyrotechnique, en provenance d'un calculateur du réseau de bord, en cas de choc du véhicule. 15 10. Véhicule automobile intégrant le dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 et/ou le module selon la revendication 9.