Brevet FR3083325A1 — publié le 20200103

Procédé de détection d'une défaillance dans l'alimentation électrique d'un véhicule La présente invention concerne un procédé de détection d'une défaillance dans l'alimentation électrique d'un véhicule. L'invention concerne également un véhicule adapté pour mettre en oeuvre ce procédé. On connaît des véhicules ferroviaires à traction électrique qui sont aptes à fonctionner aussi bien dans des zones pourvues d'une ligne d'alimentation électrique, telle qu'une caténaire ou un troisième rail, que dans des zones qui sont dépourvues d'une telle ligne d'alimentation électrique. Pour ce faire, ces véhicules ferroviaires comportent typiquement un dispositif de stockage d'énergie électrique, incluant des batteries d'accumulateurs ou des super-condensateurs. Le dispositif de stockage fournit au véhicule l'énergie électrique nécessaire pour fonctionner dans les zones dépourvues de ligne d'alimentation électrique. Ces véhicules ferroviaires comportent également un dispositif de collecte, tel qu'un pantographe ou un patin, pour collecter un courant électrique depuis la ligne d'alimentation électrique. Lorsque le véhicule est dans une zone pourvue d'une ligne d'alimentation électrique, le dispositif de collecte permet d'alimenter électriquement le véhicule et/ou de recharger le dispositif de stockage. Cependant, il existe un risque que, notamment en cas de défaillance ou de mauvaise régulation du dispositif de stockage d'énergie, le dispositif de collecte soit traversé par un courant électrique qui dépasse les limites admissibles. Une telle situation peut se produire lorsque le dispositif de stockage d'énergie se décharge en injectant un courant électrique vers la ligne d'alimentation électrique au travers du dispositif de collecte alors que le véhicule ne se trouve pas dans un état permettant une telle décharge. Une telle situation peut également se produire lorsque le dispositif de stockage d'énergie se charge en captant un courant électrique depuis la ligne d'alimentation électrique au travers du dispositif de collecte alors que le véhicule ne se trouve pas dans un état permettant une telle charge. Par exemple, le courant traversant le dispositif de collecte peut présenter une intensité trop élevée pendant une durée trop longue. Cela conduit généralement à un échauffement excessif du dispositif de collecte et/ou de la ligne d'alimentation électrique, qui peut conduire à une dégradation ou même une destruction du dispositif de collecte et/ou de la ligne d'alimentation électrique. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un procédé de détection d'une défaillance dans l'alimentation électrique d'un véhicule. 2 A cet effet, l'invention concerne un procédé de détection d'une défaillance dans l'alimentation électrique d'un véhicule, le véhicule comportant une chaîne de traction électrique, un dispositif de collecte pour collecter un courant électrique depuis une ligne d'alimentation extérieure et un dispositif de stockage d'énergie, le dispositif de collecte 5 étant relié électriquement à la chaîne de traction et au dispositif de stockage d'énergie, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à : - mesurer, au moyen d'un capteur de courant du véhicule, l'intensité d'un courant électrique circulant au travers du dispositif de collecte de courant ; - comparer, au moyen d'une unité de commande électronique du véhicule, 10 l'intensité mesurée avec une première valeur seuil de courant prédéfinie ; - si l'intensité mesurée est supérieure ou égale à la première valeur seuil de courant, compter, au moyen de l'unité de commande, une valeur cumulée d'énergie électrique qui transite au travers du dispositif de collecte au cours du temps ; - comparer, de façon répétée, au moyen de l'unité de commande électronique, la 15 valeur cumulée d'énergie électrique avec une première valeur seuil d'énergie prédéfinie ; - commander la déconnexion électrique du dispositif de collecte de la ligne d'alimentation extérieure ou de la chaîne de traction et du dispositif de stockage électrique, au moyen de l'unité de commande, lorsque la valeur cumulée d'énergie devient supérieure ou égale à la valeur seuil d'énergie, le dispositif de collecte n'étant pas 20 déconnecté tant que la valeur cumulée d'énergie électrique reste inférieure à la première valeur seuil d'énergie. Grâce à l'invention, une défaillance de l'alimentation électrique du véhicule peut être détectée et le dispositif de collecte peut être déconnecté avant d'endommager la ligne extérieure ou le dispositif de collecte lui-même. 25 Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel procédé de détection peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute combinaison techniquement admissible : - Le procédé comporte en outre une étape consistant à réinitialiser la valeur cumulée d'énergie électrique, au moyen de l'unité de commande électronique, si la valeur 30 d'intensité mesurée redevient inférieure à la première valeur seuil de courant pendant une durée supérieure ou égale à une première valeur seuil de durée prédéfinie. - Le procédé comporte au préalable des étapes consistant à : - détecter un état de fonctionnement du véhicule, au moyen de l'unité de commande électronique ; 35 - sélectionner les premières valeurs prédéfinies du seuil de courant et du seuil d'énergie et, le cas échéant, du seuil de durée, parmi des valeurs prédéfinies 3 préenregistrées, la sélection étant réalisée en fonction de l'état de fonctionnement détecté. - La déconnexion du dispositif de collecte est réalisée au moyen d'un disjoncteur connecté en sortie du dispositif de collecte. 5 - Le procédé comporte en outre des étapes consistant à : - acquérir, au moyen d'un dispositif électronique de commande du véhicule, une deuxième valeur seuil de courant et une deuxième valeur seuil de durée ; - si la valeur de courant mesurée est supérieure ou égale à la deuxième 10 valeur seuil de courant pendant une durée supérieure ou égale à la deuxième valeur seuil de durée, commander la déconnexion électrique du dispositif de collecte de la ligne d'alimentation extérieur ou de la chaîne de traction et du dispositif de stockage électrique, au moyen du dispositif de commande. 15 - Le procédé comporte en outre des étapes consistant à : mesurer, au moyen de capteurs de courant additionnels, la valeur totale du courant qui circule dans la chaîne de traction, dans des équipements auxiliaires du véhicule et à travers le dispositif de stockage , le dispositif de stockage, la chaîne de traction et les équipements auxiliaires étant raccordés 20 à un circuit de distribution électrique interne connecté au dispositif de collecte ; - comparer, au moyen d'un ordinateur central du véhicule, la valeur totale du courant avec la valeur de courant mesurée ; - si l'écart entre la valeur totale du courant et la valeur de courant mesurée est 25 supérieure ou égale à une troisième valeur seuil de courant pendant une durée supérieure ou égale à une troisième valeur seuil de durée, générer une alerte au moyen de l'ordinateur central. Selon un autre aspect, l'invention concerne un véhicule ferroviaire comportant une chaîne de traction électrique, un dispositif de collecte pour collecter un courant électrique 30 depuis une ligne d'alimentation extérieure, et un dispositif de stockage d'énergie, le dispositif de collecte étant relié électriquement à la chaîne de traction et au dispositif de stockage d'énergie, le véhicule étant caractérisé en ce qu'il est configuré pour mettre en oeuvre un procédé comportant des étapes consistant à : - mesurer, au moyen d'un capteur de courant du véhicule, l'intensité d'un courant 35 électrique circulant au travers du dispositif de collecte de courant ; 4 - comparer, au moyen d'une unité de commande électronique du véhicule, l'intensité mesurée avec une première valeur seuil de courant prédéfinie ; - si l'intensité mesurée est supérieure ou égale à la première valeur seuil de courant, compter, au moyen de l'unité de commande, une valeur cumulée d'énergie 5 électrique qui transite au travers du dispositif de collecte au cours du temps ; - comparer, de façon répétée, au moyen de l'unité de commande électronique, la valeur cumulée d'énergie électrique avec une première valeur seuil d'énergie prédéfinie ; - commander la déconnexion électrique du dispositif de collecte de la ligne d'alimentation extérieure ou de la chaîne de traction et du dispositif de stockage 10 électrique, au moyen de l'unité de commande, lorsque la valeur cumulée d'énergie devient supérieure ou égale à la valeur seuil d'énergie, le dispositif de collecte n'étant pas déconnecté tant que la valeur cumulée d'énergie électrique reste inférieure à la première valeur seuil d'énergie. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus 15 clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un procédé de détection d'une défaillance dans l'alimentation électrique d'un véhicule ferroviaire donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma synoptique d'un véhicule ferroviaire selon un mode de 20 réalisation de l'invention ; - la figure 2 est un ordinogramme d'un procédé de détection d'une défaillance dans l'alimentation électrique du véhicule ferroviaire, selon un mode de réalisation de l'invention ; - les figures 3 et 4 sont des ordinogrammes illustrant des procédés 25 complémentaires de détection d'une défaillance, selon des modes de réalisation additionnels de l'invention. La figure 1 représente un véhicule 2 électrique comportant une chaîne de traction électrique 4, des équipements électriques auxiliaires 6, un dispositif de captage 8 pour collecter un courant électrique depuis une ligne d'alimentation extérieure 10 et un 30 dispositif de stockage d'énergie 12. Selon des modes de réalisation préférés, le véhicule 2 est un véhicule ferroviaire, et plus spécialement un véhicule de transport urbain, par exemple un tramway ou un métro ou un train de passagers. Selon d'autres variantes, le véhicule 2 est un véhicule routier électrique, tel qu'un trolleybus. 35 La chaîne de traction 4 comporte au moins un moteur électrique apte à mettre en mouvement le véhicule 2 lorsqu'il est alimenté électriquement. 5 Les équipements électriques auxiliaires 6 incluent par exemple un ou plusieurs d'un système d'éclairage, un système de signalisation ferroviaire, un système de climatisation et/ou de chauffage, ou encore un système d'information voyageurs. Tout ou partie de ces équipements auxiliaires 6 peuvent être omis. 5 Le dispositif de captage 8, aussi nommé dispositif de collecte, est adapté pour coopérer avec la ligne d'alimentation extérieure 10 afin d'alimenter électriquement le véhicule 2. Il est choisi en fonction de la technologie utilisée pour la ligne d'alimentation extérieure 10. Selon des exemples, la ligne d'alimentation extérieure 10 comporte une caténaire, 10 ou une ligne aérienne de contact, ou un rail électriquement conducteur tel qu'un troisième rail. Le dispositif de collecte 8 comporte alors, à titre d'exemple et selon les cas, un pantographe, ou une perche, ou un frotteur ou un patin. Le dispositif de stockage 12 est apte à alimenter électriquement le véhicule 2, notamment pour alimenter la chaîne de traction 4, afin de faire circuler le véhicule 2 dans 15 des zones dépourvues de ligne d'alimentation extérieure 10. Le dispositif de stockage 12 est rechargeable et peut stocker de l'énergie électrique collectée au moyen du dispositif de collecte 8. Selon des modes de réalisation, le dispositif de stockage 12 comporte des batteries d'accumulateurs électrochimiques, par exemple de technologie lithium-ion ou 20 nickel-cadmium ou nickel-hydrure métallique. Selon d'autres modes de réalisation, le dispositif de stockage 12 comporte des super-condensateurs ou supercapacités. Les éléments constitutifs du dispositif de stockage 12 peuvent être logés dans des coffres répartis à l'intérieur du véhicule 2. Par exemple, le dispositif de stockage 12, la chaîne de traction 4 et les 25 équipements auxiliaires 6 sont raccordés à un circuit de distribution électrique interne 14 connecté au dispositif de collecte 8. Le dispositif de collecte 8 est donc relié électriquement à la chaîne de traction 4 et au dispositif de stockage d'énergie 12. De préférence, le véhicule 2 comporte un disjoncteur 16 connecté en sortie du dispositif de collecte 8. Lorsque le disjoncteur 16 est ouvert, il permet de déconnecter 30 électriquement le dispositif de collecte 8 du circuit de distribution électrique interne 14, et donc de déconnecter électriquement le dispositif de collecte 8 du dispositif de stockage 12 et de la chaîne de traction 4. On comprend que le véhicule 2 est apte à fonctionner aussi bien dans des zones pourvues d'une ligne d'alimentation extérieure 10 que dans des zones qui sont 35 dépourvues d'une telle ligne d'alimentation extérieure 10. 6 En pratique, le véhicule 2 et notamment la chaîne de traction 4 peuvent être alimentés électriquement par le courant électrique collecté par le dispositif de collecte 8 depuis la ligne d'alimentation extérieure 10 ou par le dispositif de stockage d'énergie 12. A titre d'exemple illustratif, le véhicule 2 peut fonctionner selon plusieurs modes 5 d'alimentation : - un mode dit autonome, dans lequel le véhicule 2 est alimenté par le dispositif de stockage 12 et dans lequel le dispositif de collecte 8 n'est pas utilisé ; - un mode dans lequel le véhicule 2 est alimenté uniquement au moyen du dispositif de collecte 8 ; 10 - un mode mixte, dans lequel le véhicule 2 est alimenté à la fois par le dispositif de collecte 8 et par le dispositif de stockage 12 ; - un mode de recharge, dans lequel le véhicule 2 est à l'arrêt et dans lequel le dispositif de stockage 12 est rechargé par le courant électrique collecté par le dispositif de collecte 8 depuis la ligne d'alimentation extérieure 10. 15 Par exemple, le véhicule 2 comporte un dispositif de régulation de l'alimentation électrique, non illustré, qui permet de sélectionner un mode d'alimentation en fonction de l'état de fonctionnement du véhicule 2. L'état de fonctionnement du véhicule 2 est par exemple déterminé par une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : 20 - le véhicule 2 est à l'arrêt ou en mouvement ; - présence ou non de la ligne d'alimentation extérieure 10 dans la zone où se trouve le véhicule 2 ; - le dispositif de collecte 8 est connecté ou déconnecté de la ligne d'alimentation extérieure 10 ; 25 - valeur ou niveau d'intensité de la force de contact, ou pression mécanique, entre le dispositif de collecte 8 et la ligne d'alimentation extérieure 10. Le véhicule 2 comporte également un système de détection pour détecter une défaillance de l'alimentation électrique. De préférence, le système de détection comporte un capteur de courant 18 et une unité de commande électronique 20. Par exemple, l'unité 30 de commande 20 est connectée au capteur de courant 18 et au disjoncteur 16. Le capteur de courant 18 est apte à mesurer l'intensité d'un courant électrique Ic circulant au travers du dispositif de collecte 8. En pratique, le courant peut circuler dans un sens ou dans l'autre selon que du courant est prélevé par le véhicule 2 depuis la ligne d'alimentation extérieure 10 ou est injecté par le véhicule 2 vers la ligne d'alimentation 35 extérieure 10. Par exemple, le capteur de courant 18 inclut un tore de Rogowski. 7 Dans l'exemple illustré, le capteur de courant 18 est placé en sortie du dispositif de collecte 8 et en amont du disjoncteur 16. Selon des modes de mise en oeuvre, l'unité de commande 20 comporte une unité logique de calcul, telle qu'un microcontrôleur programmable ou un microprocesseur, et 5 une mémoire informatique formant un support d'enregistrement de données lisible par ordinateur. Selon des exemples, la mémoire est une mémoire ROM, ou une mémoire RAM, ou une mémoire non volatile de type EPROM, ou EEPROM, ou FLASH, ou NVRAM, ou une mémoire optique ou magnétique ou à changement de phase. Dans la mémoire sont enregistrées des instructions exécutables pour mettre en oeuvre un procédé 10 de détection d'une défaillance lorsque ces instructions sont exécutées par l'unité logique de calcul. Selon d'autres modes de mise en oeuvre, l'unité de commande 20 comporte un composant logique programmable de type FPGA ou un circuit intégré dédié configuré pour mettre en oeuvre le procédé de détection. 15 Un exemple de mise en oeuvre du procédé de détection d'une défaillance est maintenant décrit en référence à l'ordinogramme de la figure 2. Initialement, et de façon optionnelle, lors d'une étape 100, un état de fonctionnement du véhicule 2 est détecté au moyen de l'unité de commande électronique 20, par exemple grâce à une interface 22 d'un ordinateur de bord du véhicule 2. Par 20 exemple, une ou plusieurs des caractéristiques précédemment décrites comme représentatives de l'état de fonctionnement du véhicule 2 sont acquises. Puis, lors d'une étape 102, elle aussi optionnelle, l'unité de commande 20 sélectionne automatiquement une première valeur prédéfinie d'un seuil de courant « Imax », une première valeur prédéfinie d'un seuil d'énergie c REVENDICATIONS1.- Procédé de détection d'une défaillance dans l'alimentation électrique d'un véhicule (2), le véhicule comportant une chaîne de traction électrique (4), un dispositif de collecte (8) pour collecter un courant électrique depuis une ligne d'alimentation extérieure (10) et un dispositif de stockage d'énergie (12), le dispositif de collecte étant relié électriquement à la chaîne de traction et au dispositif de stockage d'énergie, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à : - mesurer (104), au moyen d'un capteur de courant (18) du véhicule, l'intensité d'un courant électrique (Ic) circulant au travers du dispositif de collecte de courant ; - comparer (106), au moyen d'une unité de commande électronique (20) du véhicule, l'intensité mesurée avec une première valeur seuil de courant (Imax) prédéfinie ; - si l'intensité mesurée (Ic) est supérieure ou égale à la première valeur seuil de courant (Imax), compter (110), au moyen de l'unité de commande (20), une valeur cumulée d'énergie électrique (Eacc) qui transite au travers du dispositif de collecte (8) au cours du temps ; - comparer (112), de façon répétée, au moyen de l'unité de commande électronique, la valeur cumulée d'énergie électrique (Eacc) avec une première valeur seuil d'énergie (Emax) prédéfinie ; - commander (116) la déconnexion électrique du dispositif de collecte (8) de la ligne d'alimentation extérieure ou de la chaîne de traction et du dispositif de stockage électrique, au moyen de l'unité de commande (20), lorsque la valeur cumulée d'énergie (Eacc) devient supérieure ou égale à la valeur seuil d'énergie (Emax), le dispositif de collecte n'étant pas déconnecté tant que la valeur cumulée d'énergie électrique reste inférieure à la première valeur seuil d'énergie. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape consistant à : - réinitialiser (124) la valeur cumulée d'énergie électrique (Eacc), au moyen de l'unité de commande électronique (20), si la valeur d'intensité mesurée (Ic) redevient inférieure à la première valeur seuil de courant (Imax) pendant une durée (t) supérieure ou égale à une première valeur seuil de durée (tmax) prédéfinie. 3.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au préalable des étapes consistant à : 14 - détecter (100) un état de fonctionnement du véhicule (2), au moyen de l'unité de commande électronique ; - sélectionner (102) les premières valeurs prédéfinies du seuil de courant (Imax) et du seuil d'énergie (Emax) et, le cas échéant, du seuil de durée (tmax), parmi des valeurs 5 prédéfinies préenregistrées, la sélection étant réalisée en fonction de l'état de fonctionnement détecté. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la déconnexion du dispositif de collecte est réalisée au moyen d'un disjoncteur 10 (16) connecté en sortie du dispositif de collecte. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des étapes consistant à : - acquérir (200), au moyen d'un dispositif électronique de commande (24) du 15 véhicule, une deuxième valeur seuil de courant (4,) et une deuxième valeur seuil de durée (4,') ; - si la valeur de courant mesurée (Ic) est supérieure ou égale à la deuxième valeur seuil de courant (11',) pendant une durée (t) supérieure ou égale à la deuxième valeur seuil de durée (thm), commander (208) la déconnexion électrique du dispositif de collecte 20 (8) de la ligne d'alimentation extérieur ou de la chaîne de traction et du dispositif de stockage électrique, au moyen du dispositif de commande. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des étapes consistant à : 25 - mesurer (210), au moyen de capteurs de courant additionnels (32, 34, 36), la valeur totale du courant (I,a~;on, circule dans la chaîne de traction (4), dans traction, I aux, I bat) qui ci des équipements auxiliaires (6) du véhicule et à travers le dispositif de stockage (12) , le dispositif de stockage, la chaîne de traction et les équipements auxiliaires étant raccordés à un circuit de distribution électrique interne (14) connecté au dispositif de collecte (8) ; 30 - comparer (212), au moyen d'un ordinateur central (30) du véhicule, la valeur totale du courant avec la valeur de courant mesurée (Ic) ; - si l'écart entre la valeur totale du courant et la valeur de courant mesurée (Ic) est supérieure ou égale à une troisième valeur seuil de courant (11,,2) pendant une durée supérieure ou égale à une troisième valeur seuil de durée (4,2), générer (214) une alerte 35 au moyen de l'ordinateur central (30). 15 7.- Véhicule comportant une chaîne de traction électrique (4), un dispositif de collecte (8) pour collecter un courant électrique depuis une ligne d'alimentation extérieure (10), et un dispositif de stockage d'énergie (12), le dispositif de collecte étant relié électriquement à la chaîne de traction et au dispositif de stockage d'énergie, le véhicule 5 (2) étant caractérisé en ce qu'il est configuré pour mettre en oeuvre un procédé comportant des étapes consistant à : - mesurer (104), au moyen d'un capteur de courant (18) du véhicule, l'intensité d'un courant électrique (Ic) circulant au travers du dispositif de collecte de courant ; - comparer (106), au moyen d'une unité de commande électronique (20) du 10 véhicule, l'intensité mesurée avec une première valeur seuil de courant (Imax) prédéfinie ; - si l'intensité mesurée (Ic) est supérieure ou égale à la première valeur seuil de courant (Imax), compter (110), au moyen de l'unité de commande (20), une valeur cumulée d'énergie électrique (Eacc) qui transite au travers du dispositif de collecte (8) au cours du temps ; 15 - comparer (112), de façon répétée, au moyen de l'unité de commande électronique, la valeur cumulée d'énergie électrique (Eacc) avec une première valeur seuil d'énergie (Emax) prédéfinie ; - commander (116) la déconnexion électrique du dispositif de collecte (8) de la ligne d'alimentation extérieure ou de la chaîne de traction et du dispositif de stockage 20 électrique, au moyen de l'unité de commande (20), lorsque la valeur cumulée d'énergie (Eacc) devient supérieure ou égale à la valeur seuil d'énergie (Emax), le dispositif de collecte n'étant pas déconnecté tant que la valeur cumulée d'énergie électrique reste inférieure à la première valeur seuil d'énergie.