Brevet FR3072501A1 — publié le 20190419

DETECTION DE DEFAUT D'ISOLATION D'UNE BATTERIE DE TRACTION L'invention a trait au domaine des véhicules automobiles et des batteries de stockage d'énergie électrique pour des véhicules automobiles. Plus particulièrement, l'invention a trait au domaine des batteries de traction embarquées sur des véhicules automobiles. Le développement actuel des véhicules à traction électrique impose des contraintes de plus en plus grandes aux batteries d'accumulateurs d'énergie électrique embarquées. A cet effet, il est courant de prévoir un circuit de refroidissement par un liquide mis en circulation le long des cellules constituant la batterie. Or dans certaines situations, des fuites peuvent survenir et provoquer des courants de fuite au niveau des cellules de la batterie en raison du fait que ce fluide est conducteur électrique. Ces fuites ne sont cependant pas toujours visibles et détectables par des moyens simples, tels que des capteurs de présence de liquide. Le document de brevet publié FR 2 742 601 Al divulgue un système gestionnaire de batterie de stockage d'énergie électrique sur un véhicule automobile. Ce système est configuré pour surveiller les différents paramètres de fonctionnement de la batterie sur base de mesures effectuées par des capteurs de courant, de tension, d'isolation électrique et de température. L'isolation électrique correspond à la résistance de fuite de la batterie. Ce document manque cependant de préciser comment cette résistance de fuite est mesurée. La date de dépôt de ce document remonte par ailleurs à 1995 et semble concerner essentiellement des batteries acide-plomb avec un électrolyte liquide pouvant nécessiter un appoint d'eau. Ces batteries présentent une densité d'énergie électrique réduite et ne requièrent habituellement pas de refroidissement par un fluide caloporteur. Le document de brevet publié US 2014/015511 Al divulgue un dispositif de détection de fuite de liquide de refroidissement de batteries de traction sur un véhicule automobile. Le dispositif consiste, essentiellement, en un conducteur électrique pourvu d'un capteur de présence du liquide de refroidissement s'accumulant sur un support de la batterie. Le conducteur électrique est relié à une des bornes positive ou négative de la batterie en vue de générer un courant de fuite via le capteur et l'accumulation de fluide sur le support, ce dernier étant 2 avantageusement en métal et relié électriquement à la masse du véhicule. L'intensité du courant de fuite entre la borne de la batterie et la masse renseigne sur une éventuelle fuite. Ce dispositif ne fonctionne cependant que si la fuite résulte en une accumulation du liquide de refroidissement précisément à l'endroit du capteur. 5 Or ces fuites peuvent présenter différentes configurations et ne pas nécessairement résulter en une accumulation du liquide à un endroit donné. L'invention a pour objectif de pallier au moins un des inconvénients de l'état de la technique susmentionné. Plus particulièrement, l'invention a pour objectif de permettre de détecter de manière fiable et simple une fuite de liquide de 10 refroidissement d'une batterie de traction de véhicule automobile. L'invention a pour objet un procédé de détection de défaut d'isolation d'une batterie d'accumulateurs d'énergie électrique sur un véhicule automobile, notamment suite à une fuite de liquide de refroidissement de ladite batterie, comprenant les étapes suivantes : (a) réalisation d'au moins une mesure électrique par branchement à au 15 moins une des bornes positive ou négative de la batterie ; (b) détermination du défaut d'isolation en fonction de la mesure électrique ; remarquable en ce qu'à l'étape (a), on mesure la tension entre au moins une des bornes et la masse du véhicule ; et à l'étape (b), le défaut d'isolation est déterminé lorsque la valeur absolue de la tension mesurée est inférieure à une valeur prédéterminée. 20 Avantageusement, la tension entre au moins une des bornes et la masse du véhicule est supérieure à 50 volts, préférentiellement supérieure à 100 volts. Selon un mode avantageux de l'invention, à l'étape (a), la tension est mesurée indirectement en mesurant une tension réduite via un pont diviseur de tension. Avantageusement la tension réduite est inférieure à 10 volts. 25 Selon un mode avantageux de l'invention, le pont diviseur de tension est un pont diviseur résistif avec une résistance totale égale ou supérieure à 80% de la résistance de fuite nominale de la batterie. Par résistance de fuite nominale de la batterie, on entend la résistance de fuite lorsque la batterie est en état normal de fonctionnement, c'est-à-dire sans défaut particulier. 3 Selon un mode avantageux de l'invention, à l'étape (b), le défaut d'isolation est déterminé lorsque la valeur absolue de la tension mesurée ou la tension réduite mesurée est inférieure à une valeur prédéterminée. Selon un mode avantageux de l'invention, à l'étape (a) une seule des bornes 5 positive ou négative de la batterie est branchée à un circuit électrique en même temps. Selon un mode avantageux de l'invention, l'étape (a) comprend la réalisation d'une première mesure électrique par branchement à une des bornes positive ou négative de la batterie, suivie d'une deuxième mesure électrique par branchement à l'autre 10 desdites bornes, et à l'étape (b), les valeurs absolues de tension mesurées aux première et deuxième mesures électriques sont comparées à des valeurs prédéterminées. Selon un mode avantageux de l'invention, à l'étape (a) la ou chacune des mesures électriques a une durée supérieure à 1 seconde et/ou inférieure à 10 secondes. 15 L'invention a également pour objet un dispositif de détection de défaut d'isolation d'une batterie d'accumulateurs d'énergie électrique sur un véhicule automobile, notamment suite à une fuite de liquide de refroidissement de ladite batterie, comprenant : un circuit électrique apte à mettre en connexion une des bornes positive ou négative de la batterie avec la masse du véhicule; des moyens de 20 mesure de tension dans le circuit électrique ; remarquable en ce que le circuit électrique comprend un pont diviseur de tension, les moyens de mesure de tension étant configurés pour mesurer une tension réduite audit pont, et des moyens de commutation configurés pour connecter électriquement ledit pont entre au moins une des bornes positive ou négative de la batterie et la masse du véhicule, de manière à 25 pouvoir exécuter le procédé selon l'invention. Avantageusement, le dispositif fait partie d'un système de gestion de la batterie, assurant d'autres fonctions, comme notamment la gestion de la recharge de la batterie. 4 Selon un mode avantageux de l'invention, le pont diviseur de tension est un pont diviseur résistif avec une résistance totale supérieure à 400 kOhms et/ou inférieure à 1600 kOhms. Selon un mode avantageux de l'invention, les moyens de commutation sont 5 configurés pour mettre en connexion, de manière sélective, chacune des bornes positive ou négative de la batterie. Les mesures de l'invention sont intéressantes en ce qu'elles permettent de réaliser de manière simple et efficace une mesure régulière de l'isolation électrique de la batterie. Les courants mis en jeu restent très faibles compte tenu du fait que les 10 deux bornes, positive et négative respectivement, de la batterie ne sont jamais connectées activement en même temps au circuit de mesure. Bien que des tensions importantes, typiquement de l'ordre de 400 volts, soient présentes aux bornes de la batterie, les courants générés lors de la mesure restent faibles. De plus, le fait de mesurer le défaut d'isolation à partir de chacune des bornes positive ou négative 15 respectivement de la batterie permet de s'acquitter d'éventuelles dissymétries entre lesdites bornes. Les mesures de l'invention sont également particulièrement intéressantes pour les batteries comprenant des cellules du type « pouch » dont l'enveloppe est conductrice électriquement, car leur contact avec le liquide de refroidissement 20 provoque une variation sensible du courant de fuite et, partant, une détection précoce suivant l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels : - La figure 1 est une représentation schématique d'une batterie pourvue d'un 25 système de refroidissement liquide et reliée à un système de gestion comprenant un dispositif de détection de défaut d'isolation de la batterie ; - La figure 2 est un schéma électrique de principe du dispositif de détection de défaut d'isolation de la batterie ; 5 - La figure 3 montre l'évolution des tensions électriques aux bornes de la batterie et des tensions réduites lors des phases de test de défaut d'isolation. La figure 1 illustre de manière schématique une batterie haute tension destinée à alimenter électriquement un ou plusieurs moteurs électriques de traction d'un 5 véhicule. Le véhicule peut bien sûr être du type électrique ou encore du type hybride, c'est-à-dire combinant une traction électrique à une traction par un moteur à combustion. La batterie 2 comprend plusieurs modules 4, chaque module 4 comprend plusieurs cellules 6. Ces cellules 6 sont avantageusement du type Lithium Fer Phosphate 10 sachet ou « Pouch cells ». Ces cellules permettent de combiner l'avantage du Lithium Fer Phosphate (longue durée de vie, stabilité, sécurité) et la légèreté d'un emballage formé d'une fine couche d'aluminium. Cette technologie permet d'augmenter la densité d'énergie stockée puisque le poids final du pack est fortement diminué par l'absence d'une enveloppe plastique rigide. L'enveloppe est 15 réalisée en fibre élastiques fusionnée à une enveloppe d'aluminium. L'aluminium permet d'éliminer plus rapidement la chaleur que le plastique. En cas de surutilisation de la batterie, l'enveloppe est conçue pour se déformer et contenir les gaz. A la différence des cellules plastiques, les cellules Lithium Fer Phosphate en sachet ne sont pas pourvues de soupapes. Les gaz sont piégés à l'intérieur de 20 l'enveloppe pour plus de sécurité. Cette technologie est réservée aux batteries embarquées, où le gain de poids et d'espace est privilégié. Une enveloppe 8 du type carter contient les différents modules 4. Une plaque de refroidissement 10 est prévue dans le fond de l'enveloppe 8, à des fins de refroidissement des cellules 4. Un liquide de refroidissement circule dans 25 cette plaque 10 et la figure illustre de manière schématique une fuite du liquide en question, remplissant alors le fond de l'enveloppe 8 jusqu'au niveau 12. On peut observer que le liquide 12 est en contact avec le bas des cellules 6, résultant alors en un courant électrique de fuite détectable par le système de gestion de la batterie 14, couramment désigné par l'acronyme BMS de « Battery Management System ». 6 La figure 2 illustre un schéma électrique de principe d'un dispositif de détection de défaut d'isolation électrique conforme à l'invention, prévu dans le système de gestion de la batterie, en vue de détecter notamment une fuite de liquide de refroidissement. La batterie 2 comprend une borne électrique positive 2.1 et une borne électrique 5 négative 2.2. Bien que la batterie 2 soit en soi isolée électriquement du châssis du véhicule, chacune des bornes positive 2.1 et négative 2.2 est à un potentiel électrique non nul par rapport à la masse du véhicule, essentiellement dû à la polarisation des matériaux constitutifs de la batterie ainsi qu'au courant d'absorption de ces matériaux et des capacités des autres équipements connectés. La borne 10 positive 2.1 présente par conséquent une tension HV+ par rapport à la masse du véhicule et la borne négative 2.2 une tension négative HV- par rapport à la dite masse. La fixation de ces potentiels de la batterie par rapport à la masse du véhicule présente cependant une impédance, essentiellement résistive, importante. De plus, la batterie présente intrinsèquement un défaut d'isolation qui peut notamment être 15 accru par la présence de liquide de refroidissement conducteur électriquement sur les cellules, suite à une fuite comme illustré à la figure 1. Ce défaut d'isolation électrique est représenté par les résistances R+ et R- à la figure 2. Ces résistances équivalentes font par conséquent partie de la batterie 2 dans son implantation dans le véhicule. Un courant de fuite circule par conséquent en permanence dans ces 20 résistances équivalentes R+ et R-, ce courant étant toutefois très faible, par exemple de l'ordre du milliampère, voire moins, lorsque la batterie est dans un état normal de fonctionnement. Ce courant détermine alors les tensions HV+ et HV-. Plus précisément, une diminution de la résistance équivalente R+ et R-, correspondant à une diminution d'isolation de la batterie par rapport au châssis du véhicule, conduit à 25 une augmentation du courant de fuite et à une diminution de la tension HV+ et HV-. Le circuit électrique du dispositif de détection de défaut d'isolation, avantageusement intégré dans le système de gestion de la batterie BMS 14, comprend un pont diviseur de tension R1+R2 et des moyens de commutation 16.1/16.2 configurés pour connecter électriquement le pont diviseur avec une des bornes 2.1 et 2.2 de la 30 batterie en vue de mesurer aux bornes de la résistance R2 une tension réduite V+ ou V- proportionnelle à la haute tension HV+ ou HV-, respectivement. Une mesure de la tension réduite V+ ou V- permet en effet par application de la loi d'Ohm de 7 déterminer le courant parcourant la résistance R2 en question et ainsi de déterminer la tension HV+ ou HV- correspondante. En l'occurrence, le pont diviseur de tension comprend deux branches distinctes, chacune pouvant être connectée spécifiquement à une des deux bornes 2.1 et 2.2 5 via les moyens de commutation 16.1 et 16.2. Ces derniers peuvent notamment être des interrupteurs du type relai ou à semi-conducteur. Il est cependant entendu que le pont diviseur peut ne comprendre qu'une seule branche et que les moyens de commutation peuvent être configurés pour connecter l'unique branche du pont diviseur, de manière sélective, à une des deux bornes 2.1 et 2.2 de la batterie 2. 10 Lors de la fermeture d'une des moyens de commutation 16.1 ou 16.2, le pont diviseur R1+R2 correspondant va être connecté à la borne correspondante 2.1 ou 2.2 de la batterie et ainsi être à la tension HV+ ou HV- correspondante. Un courant va alors parcourir le pont diviseur Ri +R2, augmentant alors le courant de fuite total à la borne de la batterie. Cette augmentation de courant de fuite va quelque peu 15 diminuer la tension HV+ ou HV- (en valeur absolue). Pour une résistance de fuite R+ ou R- nominale, la tension HV+ ou HV- va se stabiliser à un niveau donné correspondant alors à une tension réduite V+ ou V- de référence. En cas de diminution de la résistance de fuite R+ ou R-, la tension HV+ ou HV- (en valeur absolue) va se stabiliser à un niveau plus bas et la tension réduite V+ ou V- (en 20 valeur absolue) sera alors plus basse que le niveau de référence évoqué ci-avant. Par conséquent, par l'activation des moyens de commutation 16.1 ou 16.2, une tension réduite V+ ou V- de la tension HV+ ou HV- va pouvoir être lue et comparée avec une valeur de référence en vue d'établir ou non un défaut d'isolation électrique et, partant, déterminer la présence d'une fuite de liquide de refroidissement. Il est 25 entendu que la différence entre la tension réduite mesurée et la valeur de référence va indiquer le niveau de défaut d'isolation électrique et ainsi le niveau et/ou l'ampleur de la fuite de liquide de refroidissement. Il est entendu que les moyens de commutation peuvent être activés uniquement au niveau d'une des bornes positive 2.1 et négative 2.2 de la batterie ou, 30 alternativement de manière successive au niveau de chacune des deux bornes, de manière à détecter un éventuel défaut d'isolation électrique par rapport à chacune 8 des bornes. Le défaut d'isolation peut en effet présenter une certaine asymétrie, si bien que la détection au niveau de chacune des deux bornes donne davantage d'information sur l'état de la batterie. Avantageusement, la résistance totale R1+R2 du pont diviseur présente une valeur 5 proche ou supérieure à celle de la résistance de fuite R+ et/ou R- nominale, c'est-à- dire lorsque la batterie est en état normal de marche. Cela signifie que le courant circulant dans le pont diviseur, lorsque les moyens de commutation correspondant sont fermés, sera proche de, ou inférieur au courant de fuite de la batterie lorsque celle-ci est dans son état normal de fonctionnement. 10 A titre d'exemple, pour une batterie de tension nominale de 200 V et comprenant 84 à 96 cellules du type « pouch », la résistance de fuite nominale peut être de 800 kOhms, la résistance R1 de l'ordre de 790 kOhms et R2 de l'ordre de 2 kOhms. La figure 3 illustre les variations de hautes tensions HV+ et HV- et des tensions réduites mesurées V+ et V- lors de l'activation successive des moyens de 15 commutation 16.1 et 16.2 à la figure 2. Durant la période d'activation des moyens de commutation 16.1, on observe que les tensions HV+ et HV- subissent une diminution, en l'occurrence de l'ordre de 20V, compte tenu de l'augmentation de courant de fuite à la borne positive de la batterie. Il est entendu que la différence de potentiel entre les bornes positive et négative 20 reste constante lors de l'activation des moyens de commutation 16.1, le courant de fuite augmenté ayant alors pour effet de décaler le potentiel desdites bornes par rapport à la masse du véhicule. Lors de l'activation des moyens de commutation 16.1, la tension réduite V+ aux bornes de la résistance R2 (figure 2) passe d'une valeur basse, par exemple 0 volt, à une valeur haute, par exemple de l'ordre de 2 25 volts, cette valeur étant alors comparée à une valeur de référence. Après désactivation des moyens de commutation 16.1, la tension réduite V+ redescend à son niveau bas et les hautes tensions HV+ HV- remontent à leurs niveaux nominaux. Durant la période d'activation des moyens de commutation 16.2, on observe que les 30 tensions HV+ et HV- subissent une augmentation, en l'occurrence de l'ordre de 10V, 9 compte tenu de l'augmentation de courant de fuite à la borne négative de la batterie. La valeur absolue de la tension réduite V- aux bornes de la résistance R2 (figure 2) passe d'une valeur basse, par exemple 0 volt, à une valeur haute, par exemple de l'ordre de 2 volts, cette valeur étant alors comparée à une valeur de référence, 5 similairement à la tension réduite V+. Après désactivation des moyens de commutation 16.2, la valeur absolue de la tension réduite V- revient à son niveau bas et les hautes tensions HV+ HVredescendent à leurs niveaux nominaux. L'invention permet ainsi par des moyens très simples de vérifier de manière 10 récurrente le niveau d'isolation électrique de la batterie et, partant, de détecter une fuite de liquide refroidissement de la batterie. Il est à noter que le schéma électrique illustré à la figure 2 est un schéma de principe, étant entendu que sa mise en oeuvre pourra impliquer certaines modifications, comme notamment la présence de condensateurs destinés à 15 compenser certains phénomènes transitoires. Par ailleurs, REVENDICATIONS1. Procédé de détection de défaut d'isolation d'une batterie (2) d'accumulateurs d'énergie électrique (6) sur un véhicule automobile, notamment suite à une fuite de liquide de refroidissement (12) de ladite batterie, comprenant les étapes suivantes : (a) réalisation d'au moins une mesure électrique par branchement à au moins une des bornes positive ou négative (2.1, 2.2) de la batterie (2) ; (b) détermination du défaut d'isolation en fonction de la mesure électrique ; caractérisé en ce que à l'étape (a), on mesure la tension (HV+, V+; HV-, V-) entre au moins une des bornes (2.1, 2.2) et la masse du véhicule ; et à l'étape (b), le défaut d'isolation est déterminé lorsque la valeur absolue de la tension mesurée (HV+, V+ ; HV-, V-) est inférieure à une valeur prédéterminée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape (a), la tension est mesurée indirectement en mesurant une tension réduite (V+, V-) via un pont diviseur de tension (Ri +R2). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le pont diviseur de tension est un pont diviseur résistif (R1, R2) avec une résistance totale (R1+R2) égale ou supérieure à 80% de la résistance de fuite nominale (R+, R-) de la batterie. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'à l'étape (b), le défaut d'isolation est déterminé lorsque la valeur absolue de la tension mesurée (HV+, HV-) ou la tension réduite mesurée (V+, V-) est inférieure à une valeur prédéterminée. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'à l'étape (a) une seule des bornes positive ou négative (2.1, 2.2) de la batterie (2) est branchée à un circuit électrique (14). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape (a) comprend la réalisation d'une première mesure électrique par branchement à une (2.1) des bornes positive ou négative (2.1, 2.2) de la 11 batterie (2), suivie d'une deuxième mesure électrique par branchement à l'autre (2.2) desdites bornes, et à l'étape (b), les valeurs absolues de tension mesurées (HV+, V+ ; HV-, V-) aux première et deuxième mesures électriques sont comparées à des valeurs prédéterminées. 5 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'à l'étape (a) la ou chacune des mesures électriques a une durée supérieure à 1 seconde et/ou inférieure à 10 secondes. 8. Dispositif (14) de détection de défaut d'isolation d'une batterie (2) d'accumulateurs d'énergie électrique (6) sur un véhicule automobile, 10 notamment suite à une fuite de liquide de refroidissement (12) de ladite batterie, comprenant : - un circuit électrique apte à mettre en connexion une des bornes positive ou négative (2.1, 2.2) de la batterie (2) avec la masse du véhicule ; - des moyens de mesure de tension dans le circuit électrique ; 15 caractérisé en ce que le circuit électrique comprend un pont diviseur de tension (R1, R2), les moyens de mesure de tension étant configurés pour mesurer une tension réduite (V+, V-) audit pont (R2), et des moyens de commutation (16.1, 16.2) configurés pour connecter électriquement ledit pont (R1, R2) entre au moins 20 une des bornes positive ou négative (2.1, 2.2) de la batterie (2) et la masse du véhicule, de manière à pouvoir exécuter le procédé selon l'une des revendications 1 à 7. 9. Dispositif (14) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le pont diviseur de tension est un pont diviseur résistif (R1, R2) avec une résistance totale 25 (Ri +R2) supérieure à 400 kOhm et/ou inférieure à 1600 kOhm. 10. Dispositif (14) selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les moyens de commutation (16.1, 16.2) sont configurés pour mettre en connexion, de manière sélective, chacune des bornes positive ou négative (2.1, 2.2) de la batterie (2). 30