Brevet FR3088592A1 — publié le 20200522

DESCRIPTION TITRE : DISPOSITIF DE SECURITE POUR CIRCUIT-ELECTRIQUE DE VEHICULE DOMAINE TECHNIQUE [0001] La présente invention concerne, de manière générale, le domaine des dispositifs de protection ou de sécurité pour circuits électriques, en particulier pour des véhicules tels que des véhicules automobiles, notamment des véhicules électriques. Plus particulièrement encore, la présente invention porte sur un coupe- circuit comprenant un actionneur pyrotechnique, destiné à être agencé dans un tel véhicule. [0002] Ces types de véhicules embarquent généralement tous au moins une batterie généralement utilisée comme source d'énergie d'appoint dans les véhicules à moteur thermique mais pouvant être utilisée comme source d'énergie principale en particulier dans les véhicules électriques ou hybrides. [0003] On recherche de plus en plus à pouvoir augmenter la capacité de stockage de l'énergie pour augmenter l'autonomie des véhicules électriques notamment. Or, la puissance que peut délivrer un tel stockage d'énergie peut être dangereuse en cas de court-circuit pouvant survenir lors d'une mauvaise manipulation ou lors d'un accident par exemple. [0004] Pour ce faire, la présente invention propose un dispositif de sécurité pour couper un circuit électrique principal, ainsi qu'un véhicule automobile comprenant au moins un tel dispositif de sécurité. ART ANTÉRIEUR [0005] En raison des puissances en jeu dans de tels circuits électriques, des arcs électriques peuvent se former lorsque ces circuits passent notamment d'un état fermé à un état ouvert. Ces arcs électriques peuvent remettre en cause la coupure du circuit, voire son intégrité, dans le cas où ils ne sont pas maîtrisés. De plus, il faut prévoir une bonne rapidité de coupure pour limiter le plus tôt possible les risques de surintensité et/ou surtension. Face à ces contraintes, on peut avoir recours à des 2 coupe-circuits pyrotechniques bien adaptés pour pouvoir couper efficacement ces circuits électriques. [0006] Le document WO 2015/117998 décrit un coupe-circuit pyrotechnique, d'un encombrement réduit, qui procure une coupure rapide. Un tel coupe-circuit 5 pyrotechnique comprend un boîtier traversé par un conducteur électrique destiné à être sectionné. Ce sectionnement est obtenu par l'agencement, de part et d'autre du conducteur électrique, d'un poinçon et d'une matrice située en face de ce poinçon. Un courant de commande est généré pour activer un allumeur pyrotechnique. La charge pyrotechnique de cet allumeur va propulser le poinçon dans un mouvement 10 de translation en direction de la matrice. Dans ce mouvement, la combinaison poinçon-matrice va sectionner le conducteur électrique disposé entre ces deux organes. [0007] Le document WO 2017/042321 décrit un dispositif de protection comprenant un coupe-circuit pyrotechnique, tel que décrit ci-dessus, monté en série 15 avec un fusible traditionnel dans un circuit de puissance. L'allumeur du coupe-circuit pyrotechnique est commandé par un courant généré automatiquement lorsque le fusible fond. En effet, lorsqu'un court-circuit survient, le fort courant qui traverse le fusible fait fondre ce dernier ce qui génère un arc électrique aux bornes du fusible. Cet arc électrique se traduit par l'apparition d'une importante différence de potentiel 20 entre les bornes du fusible, ce qui engendre un courant dans un circuit secondaire de commande de l'allumeur monté en parallèle avec le fusible. Ce courant permet d'activer l'allumeur qui à son tour active le dispositif de sectionnement du circuit de puissance. Ce dispositif permet d'obtenir une coupure autonome du circuit de puissance car il ne nécessite aucune électronique de commande pour l'allumeur 25 pyrotechnique contrairement au dispositif décrit dans le document précédent WO 2015/117998 qui a recours à une unité de commande électronique. Cependant, sans une telle électronique, il ne possède aucun moyen actif permettant de déclencher l'allumeur pyrotechnique. Par conséquent, ce dispositif ne convient pas pour anticiper des situations potentiellement dangereuses car il ne permet que 30 d'ouvrir le circuit de puissance lorsque le danger est déjà présent. [0008] Aussi, l'homme du métier sait que l'interfaçage de toute électronique de commande avec un circuit de forte puissance est difficile. En effet, les hautes 3 tensions sont rarement compatibles avec les tensions pour lesquelles les composants des circuits électroniques sont dimensionnés. [0009] Par conséquent, il existe un intérêt de trouver une nouvelle solution plus adéquate qui permette, au moins en partie, de résoudre les inconvénients précités. 5 A cet effet, l'invention propose tout d'abord un dispositif de sécurité autonome pouvant être aussi piloté. Le caractère autonome de ce dispositif de sécurité vise notamment à pouvoir fonctionner sans apport extérieur d'énergie. RÉSUMÉ DE L'INVENTION 10 [0010] Dans ce but, un premier aspect de la présente invention porte sur un dispositif de sécurité agencé pour couper un circuit électrique principal. Ce dispositif de sécurité comprend un élément à déclenchement autonome, tel qu'un fusible, agencé pour faire partie du circuit principal, et une unité coupe-circuit pyrotechnique. Cette unité comprend au moins un conducteur électrique connecté à l'élément à 15 déclenchement autonome et agencé pour faire partie du circuit électrique principal, ainsi qu'un dispositif de sectionnement configure pour sectionner le conducteur électrique. Le dispositif de sectionnement comprend un premier allumeur, agencé pour actionner le dispositif de sectionnement, connecté électriquement avec l'élément à déclenchement autonome de sorte qu'un actionnement de l'élément à 20 déclenchement autonome puisse engendrer un premier courant de mise à feu du premier allumeur. Ce premier courant de mise à feu étant obtenu lors d'une ouverture du circuit électrique principal par l'élément à déclenchement autonome. Selon l'invention, l'unité coupe-circuit pyrotechnique comprend en outre au moins un second allumeur agencé pour actionner le dispositif de sectionnement, et agencé 25 pour être connecté électriquement à une unité de contrôle électronique configurée pour engendrer un second courant de mise à feu du second allumeur. [0011] Ce dispositif de sécurité est de préférence un dispositif de véhicule, par exemple de véhicule automobile tel qu'un véhicule à moteur thermique, électrique ou hybride. Le circuit électrique principal pouvant typiquement être un circuit de 30 puissance d'un tel véhicule par exemple. On entend par élément à déclenchement autonome un élément agencé pour ouvrir le circuit électrique principal en cas de surtension et/ou surintensité. Dans ce qui suit, un fusible est dit être " fondu " 4 lorsque l'élément conducteur a été détruit et qu'aucun arc électrique ne peut se former compte tenu des valeurs des tensions électriques présentes dans le circuit électrique 1. Il forme alors un circuit électriquement ouvert au travers duquel aucun courant électrique ne peut circuler. Un fusible est dit être " en train de fondre " 5 lorsque le courant électrique le traversant a dépassé le courant de coupure, entraînant un début de fusion de l'élément conducteur, mais que la tension électrique à ses bornes est supérieure à la tension de coupure de ce fusible, entraînant l'apparition d'un arc électrique entre ses bornes. L'arc électrique perdure tant que le fusible est en train de fondre. o [0012] Avantageusement, le dispositif de sécurité de la présente invention permet de sectionner le circuit principal soit lors de l'apparition d'un fort courant dans ce circuit principal, soit par l'intermédiaire d'un signal de commande qui donne un ordre volontaire de sectionner le circuit principal à titre de prévention. Ainsi, ce dispositif de sécurité intègre à la fois un système de déclenchement passif et un 15 système de déclenchement actif. Le système de déclenchement passif étant celui qui se trouve lié au fusible et qui permet d'ouvrir le circuit principal en cas de danger avéré, par exemple lors d'un court-circuit dans le circuit principal. En revanche, le système de déclenchement actif est celui qui peut être commandé par une unité de contrôle, en particulier une unité de contrôle électriquement indépendante ou isolée, 20 en particulier l'unité de contrôle est indépendante du circuit électrique principal, de sorte à être protégée des courants forts qui peuvent parcourir le circuit électrique principal. Ce système de déclenchement actif permet d'ouvrir le circuit principal en cas de danger potentiel, par exemple en prévision d'un accident imminent, à l'image du déploiement d'un airbag dans une situation identique ou similaire. En conclusion, 25 le dispositif procure une protection fiable contre les courants forts avec le premier allumeur que l'on peut qualifier "d'allumeur passif", et reste actionnable si besoin, même en l'absence de courant fort, avec le deuxième allumeur, que l'on peut qualifier "d'allumeur actif". [0013] Dans un mode de réalisation, le conducteur électrique connecté à 30 l'élément à déclenchement autonome est de préférence monté en série avec ce dernier. Dans ce mode de réalisation, l'actionnement de l'élément à déclenchement autonome est constitué par la fonte du fusible. 5 [0014] Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif de sectionnement comprend un organe de sectionnement qui est constitué d'un poinçon et d'une matrice situés de part et d'autre du conducteur électrique. De plus, cet organe de sectionnement est activable par le premier allumeur ou le second allumeur. Ce 5 mode de réalisation permet de concentrer deux allumeurs sur le même organe de sectionnement. En d'autres termes, deux allumeurs sont agencés pour pouvoir actionner un seul et même poinçon. Cette configuration permet d'obtenir un dispositif polyvalent très compact et moins onéreux que si chaque allumeur possède son propre organe de sectionnement. 10 [0015] Dans un autre mode de réalisation, le dispositif de sectionnement comprend deux organes de sectionnement. Dans ce cas, le dispositif de sectionnement comprend un premier organe de sectionnement et un second organe de sectionnement, chacun constitués d'au moins un poinçon et d'au moins une matrice respectivement situés de part et d'autre du conducteur électrique. De plus, 15 le premier organe de sectionnement est activable par le premier allumeur et le second organe de sectionnement est activable par le second allumeur. De préférence, les deux organes de sectionnement sont configurés pour sectionner le même conducteur électrique. Ce conducteur électrique est un élément distinct du circuit électrique principal qui est rapporté sur celui-ci, à savoir inséré dans le circuit 20 électrique principal. [0016] Dans une autre forme de réalisation, la mise à feu d'un des deux allumeurs permet d'engendrer la mise à feu du second allumeur. Un tel dispositif de sécurité présente l'avantage d'être d'une grande fiabilité car il permettrait de pallier le disfonctionnement d'un allumeur en recourant à l'autre quel que soit la cause qui 25 génère ce déclenchement. [0017] Selon un autre mode de réalisation, l'unité coupe-circuit pyrotechnique comprend un premier dispositif de sectionnement formant un premier coupe-circuit pyrotechnique monté en série avec second dispositif de sectionnement formant un second coupe-circuit pyrotechnique et où le premier coupe-circuit pyrotechnique 30 comprend le premier allumeur et le second coupe-circuit pyrotechnique comprend le second allumeur. De préférence, les premier et second coupe-circuits pyrotechniques sont identiques, ce qui permet avantageusement de réduire les 6 coûts de fabrication et facilite la maintenance, notamment en cas de remplacement d'un de ces coupe-circuits. [0018] De préférence encore, le dispositif de l'invention est configuré pour être embarqué dans un véhicule automobile et l'unité de contrôle électronique est 5 configurée pour activer le déclenchement du second allumeur lors d'un évènement tel qu'une décélération brutale de ce véhicule automobile. Avantageusement, ce mode de réalisation permet notamment de prévenir tout danger, au niveau du circuit principal, pouvant survenir typiquement lors d'un accident ou d'un crash du véhicule. Ce mode de réalisation est donc avantageusement configuré pour pouvoir acquérir 10 une fonction d'anticipation d'un danger et réagir en conséquence à titre au moins préventif pour la sécurité des objets, tels que batteries ou équipements du véhicule, et des personnes, tels qu'usagers du véhicule ou personnes pouvant intervenir sur ce véhicule depuis l'extérieur de ce dernier. [0019] Dans un mode de réalisation, l'unité de contrôle électronique est en 15 outre configurée pour activer le déclenchement du second allumeur par détection d'un courant de défaut. Cette variante peut s'avérer utile dans le cas où l'unité de contrôle électronique est capable de gérer un organe électrique de stockage d'énergie comme une ou plusieurs batteries dans le but de pouvoir également protégé cet organe électrique de stockage d'énergie contre des courts-circuits. 20 [0020] De préférence, le dispositif de sécurité comprend en outre une résistance électrique connectée électriquement en série avec le premier allumeur. [0021] Enfin, dans un dernier aspect, l'invention porte également sur un véhicule automobile comprenant au moins un dispositif de sécurité selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents. 25 [0022] Bien que ce dispositif de sécurité soit de préférence un dispositif de sécurité pour un véhicule, il pourrait également servir dans d'autres domaines, par exemple dans le domaine de la construction immobilière, comme dispositif de sécurité électrique de bâtiment, ou dans le domaine des énergies renouvelables, comme dispositif de sécurité pour des circuits intégrants des panneaux 30 photovoltaïques ou des éoliennes par exemple. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES 7 [0023] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui va suivre et qui présente différents modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les figures annexées dans lesquelles : 5 [0024] - [fig.1] représente de façon schématique un coupe-circuit pyrotechnique [0025] - [fig.2] représente de façon schématique le dispositif de sécurité de l'invention dans une première forme de réalisation ; [0026] - [fig.3] représente une variante du coupe-circuit pyrotechnique de la 10 figure 1 ; [0027] - [fig.4] représente de façon schématique le dispositif de sécurité de l'invention dans une seconde forme de réalisation. DESCRIPTION DÉTAILLÉE 15 [0028] En référence à la figure 1, celle-ci illustre un coupe-circuit pyrotechnique 10 communément utilisé dans l'art antérieur. Ce coupe-circuit pyrotechnique 10 est traversé par un conducteur électrique 5 d'un circuit électrique principal 1, typiquement d'un circuit de puissance qu'il faut protéger ou duquel des personnes doivent être protégées en cas de dysfonctionnement. Les deux extrémités du 20 conducteur électrique 5 constituent typiquement des bornes de raccordement au circuit électrique principal 1. Le conducteur électrique 5 est généralement constitué d'un méplat de cuivre destiné à être sectionné. Pour ce faire, le coupe-circuit pyrotechnique 10 comprend essentiellement un organe de sectionnement 13 formé principalement d'un poinçon 14 et d'une matrice 15. Cette matrice 15 est disposée 25 en face du poinçon 14 et en correspondance avec ce dernier. Tel qu'illustré dans la figure 1, le conducteur électrique 5 est intact et est agencé entre le poinçon 14 et la matrice 15 correspondante. Lorsque le coupe-circuit pyrotechnique 10 est actionné, par exemple en cas de court-circuit dans le circuit électrique principal 1, le poinçon 14 est propulsé dans un mouvement de translation contre la matrice 15. Dans ce 30 mouvement, le conducteur électrique 5 est sectionné lorsque le poinçon 14 vient percuter la matrice 15. L'ensemble formé du poinçon 14 et de la matrice 15 constitue B l'organe de sectionnement 13 entouré par le trait interrompu de forme ovale sur cette figure 1. [0029] L'activation du coupe-circuit pyrotechnique 1 est obtenue par un allumeur 12 pyrotechnique qui peut être relié électriquement à un circuit électrique 5 secondaire pour sa mise à feu. La mise à feu de l'allumeur 12 pyrotechnique, au moyen d'un courant de déclenchement circulant dans le circuit électrique secondaire, va permettre de mettre à feu la charge pyrotechnique comprise dans l'allumeur. Cette explosion aura pour effet de propulser le poinçon 14 vers la matrice 15 et de sectionner au passage le conducteur électrique 5. o [0030] En référence à la figure 2, celle-ci représente de façon schématique le dispositif de sécurité de l'invention dans une première forme de réalisation. Ce dispositif est agencé pour couper le circuit électrique principal 1, en particulier le conducteur électrique 5 de ce circuit électrique principal. Ce dispositif de sécurité est de préférence un dispositif de sécurité de véhicule, en particulier d'un véhicule 15 automobile, par exemple un véhicule thermique ou électrique. [0031] Le dispositif de sécurité de l'invention comprend tout d'abord un élément à déclenchement autonome 20. Comme illustré dans les figures 2 et 5 annexées, cet élément à déclenchement autonome 20 pourrait être un fusible, aussi communément appelé coupe-circuit à fusible. Dans ce mode de réalisation, le 20 fusible comprend essentiellement, entre ses deux bornes 21a, 21b, un fil conducteur destiné à fondre pour ouvrir le circuit électrique principal 1 lorsque le courant électrique dans ce circuit principal 1 atteint une valeur d'intensité supérieur au seuil maximum que le fusible 20 est capable de supporter durant un certain intervalle de temps. Dans un autre mode de réalisation, cet élément à déclenchement autonome 25 20 pourrait être un interrupteur magnétique et le circuit électrique principal 1 pourrait être agencé de sorte que lorsque le circuit électrique principal est parcouru par un courant supérieur à une valeur prédéterminée, il engendre un champ magnétique de déclenchement de cet interrupteur magnétique. Pour ce faire, plusieurs modes de réalisation pourraient être envisagés. Dans un premier exemple, on pourrait 30 imaginer un ensemble ou dispositif constitué d'une bobine, de type électro-aimant par exemple, d'un interrupteur à lame magnétique, autrement connu sous l'appellation