Brevet FR3151153A1 — publié le 20250117

Procédé et dispositif de gestion de la distribution d’énergie électrique dans un réseau électrique embarqué dans un véhicule La présente invention concerne un procédé de gestion (100) de la distribution d’énergie électrique dans un réseau électrique embarqué dans un véhicule, comportant des étapes de : - détermination (110) d’un courant (I) passant dans un élément conducteur alimentant plusieurs consommateurs électriques, - comparaison (130) du courant (I) déterminé lors de l’étape de détermination (110) du courant (I), avec un seuil (S) de courant, et si le courant (I) déterminé est supérieur au seuil (S) de courant, l’étape de comparaison (130) est suivie d’une étape de réduction (140) de l’alimentation électrique d’au moins un consommateur électrique non sécuritaire parmi les consommateurs électriques. (Figure 2) Procédé et dispositif de gestion de la distribution d’énergie électrique dans un réseau électrique embarqué dans un véhicule La présente invention se rapporte aux domaines de l’électricité et de l’automobile, et concerne plus précisément un procédé et un dispositif de gestion de la distribution d’énergie électrique dans un réseau électrique embarqué dans un véhicule. Un tel réseau électrique comporte généralement un boîtier fusibles raccordé d’une part à une batterie de servitude du véhicule, de tension nominale à vide généralement de l’ordre de 12V (volts), et d’autre part à un ou plusieurs boîtiers de distribution comportant des transistors de puissance permettant d’alimenter les consommateurs électriques du véhicule. Ces transistors de puissance, appelés composants électroniques de coupure ou « SmartMOS » en anglais, sont des puces comportant un à plusieurs transistors tels que des transistors MOSFET (pour l’anglais « metal-oxide-semiconductor field-effect transistor »), contrôlées par un circuit de commande permettant d’ouvrir un circuit en situation de court-circuit en 10μs (microsecondes) à 10ms (millisecondes). Pour cela, chacun de ces composants est équipé d’une mesure de courant qui est utilisée par le circuit de commande. Ces nouveaux composants ont donc l’avantage de répondre aux exigences de sécurité des véhicules automobiles, notamment à forte composante logicielle. Etant donné le nombre croissant de transistors dans ce type de véhicule, le coût du réseau électrique est conséquent, et ceci d’autant plus que ses différents éléments doivent être dimensionnés pour passer toujours plus de courant. Notamment, le circuit reliant chaque transistor à la batterie comporte plusieurs éléments : - un fil conducteur, - une barre conductrice à laquelle le fil conducteur est connecté, la barre conductrice étant disposée dans un boîtier de distribution et recevant du courant de plusieurs autres fils conducteurs alimentant d’autres transistors, - une broche permettant de solidariser la barre conductrice dans le boîtier de distribution à une ligne de puissance, - la ligne de puissance, elle-même connectée à un fusible du boîtier fusibles, - le fusible et sa connexion à la batterie. Tous ces éléments limitent la capacité à distribuer du courant, et ceci d’autant plus qu’ils montent en température avec le courant qu’ils transportent. Par exemple, une broche dimensionnée pour recevoir un câble de 8mm² (millimètres carrés) de section, peut faire passer 70A (ampères) tant que sa température reste inférieure à 50°C (degrés Celsius), mais ne peut pas faire passer plus de 60A à une température supérieure à 60°C, ni plus de 40A à une température supérieure à 100°C. Pour tenir compte des multiples usages des nouveaux véhicules, on doit donc tenir compte des pires cas de montée en température de tous les éléments des circuits formant le réseau électrique, et donc surdimensionner ces éléments afin de faire passer le courant nécessaire au fonctionnement des consommateurs électriques, ce qui rend le réseau électrique très coûteux. La présente invention vise à remédier au moins en partie aux inconvénients précités en fournissant un procédé et un dispositif de gestion de la distribution d’énergie électrique dans un réseau électrique embarqué dans un véhicule, ainsi qu’un véhicule correspondant, qui permettent de ne pas surdimensionner ce réseau électrique. A cette fin, l’invention propose un procédé de gestion de la distribution d’énergie électrique dans un réseau électrique embarqué dans un véhicule, comportant des étapes de : - détermination d’un courant passant dans un élément conducteur alimentant plusieurs consommateurs électriques, - comparaison du courant déterminé lors de l’étape de détermination du courant, avec un seuil de courant, et si le courant déterminé est supérieur au seuil de courant, l’étape de comparaison est suivie d’une étape de réduction de l’alimentation électrique d’au moins un consommateur électrique non sécuritaire parmi les consommateurs électriques. Le consommateur électrique dont on réduit l’alimentation a bien sûr une consommation non nulle d’électricité avant cette étape de réduction. Le seuil de courant est par exemple déterminé de sorte à ce que la température de l’élément conducteur ne dépasse pas 85°C. Grâce à l’invention, on fait en sorte que les différents éléments du réseau électrique susceptibles de surchauffer, restent à une température permettant de faire passer un maximum de courant. De ce fait, ces différents éléments ne sont pas surdimensionnés mais dimensionnés au plus juste, par exemple pour satisfaire 80% des cas d’usage du véhicule, ce qui permet de réaliser le réseau électrique en utilisant des pièces plus compactes et plus légères que dans l’art antérieur. Notamment les sections de câblage de certains fils conducteurs ou lignes de puissance, et les sections de certaines broches, sont réduites grâce à l’invention, ce qui diminue leurs coûts. De plus, la taille des connecteurs en plastique comportant ces broches à section réduite, sur les boîtiers de distribution, est également diminuée ce qui permet de diminuer l’encombrement du réseau électrique dans le véhicule. La détermination du courant s’effectue par exemple en additionnant des mesures de courant passant dans chacun des organes électroniques de coupure protégeant individuellement les consommateurs électriques desservis par l’élément conducteur. Ainsi le procédé de gestion réutilise des moyens de mesure de courant déjà présents dans le véhicule, ce qui n’apporte pas de coût significatif supplémentaire dans sa mise en œuvre. En variante la détermination du courant utilise une mesure de courant directement au niveau de l’élément conducteur. L’étape de réduction comporte par exemple l’envoi d’une requête de diminution de consommation à un organe de gestion du consommateur électrique, ou bien une commande d’ouverture d’un organe électronique de coupure desservant individuellement le consommateur électrique. Ainsi, lorsque le consommateur électrique comporte un organe de gestion permettant de diminuer la consommation du consommateur électrique, on privilégie une telle diminution plutôt que de couper entièrement l’alimentation du consommateur électrique. Cela est notamment possible pour tous les consommateurs électriques comportant un mode de fonctionnement économe en énergie. Selon une caractéristique optionnelle du procédé de gestion selon l’invention, le consommateur électrique non sécuritaire est choisi parmi des consommateurs électriques consommant plus de 10 watts. On déleste en effet de préférence en énergie, les plus gros consommateurs électriques tels que le chauffage, le dégivrage ou la climatisation, de sorte à pénaliser le moins de consommateurs possibles, activés par le ou les utilisateurs du véhicule. De plus, le consommateur électrique non sécuritaire est préférentiellement choisi par défaut parmi des consommateurs électriques dont l’action est non directement perceptible d’un utilisateur du véhicule, ou, si ceux-ci ne consomment pas d’énergie, parmi des consommateurs électriques accessoires du véhicule. Ainsi le délestage en énergie du consommateur électrique non sécuritaire est le plus transparent possible pour les utilisateurs du véhicule. Un consommateur électrique dont l’action est non directement perceptible pour l’utilisateur d’un véhicule est par exemple le dégivrage ou le chauffage, qui peuvent être réduits temporairement. Un consommateur électrique accessoire est par exemple une prise accessoire 12V. Dans un mode de réalisation de l’invention, l’étape de réduction est suivie d’une nouvelle étape de détermination du courant et d’une nouvelle étape de comparaison, et si lors de la nouvelle étape de comparaison, le courant déterminé lors de la nouvelle étape de détermination du courant est supérieur au seuil de courant, alors la nouvelle étape de comparaison est suivie d’une étape de réduction de l’alimentation électrique d’au moins un autre consommateur électrique non sécuritaire parmi les consommateurs électriques. Ainsi on assure la consommation électrique des équipements sécuritaires du véhicule. Dans ce mode de réalisation de l’invention, si au contraire lors de la nouvelle étape de comparaison, le courant déterminé lors de la nouvelle étape de détermination du courant est inférieur au seuil de courant, et si la différence entre le seuil de courant et le courant déterminé lors de la nouvelle étape de détermination est supérieure à une quantité prédéfinie de courant, alors la nouvelle étape de comparaison est suivie d’une étape de rétablissement d’une alimentation nominale du consommateur électrique. Cela permet de rendre temporaire le délestage en énergie du consommateur électrique non sécuritaire, et de gêner le moins possible les utilisateurs du véhicule. L’invention concerne aussi un dispositif de gestion de la distribution d’énergie électrique dans un réseau électrique embarqué dans un véhicule, comportant : - des moyens de détermination d’un courant passant dans un élément conducteur alimentant plusieurs consommateurs électriques, - des moyens comparaison du courant déterminé par les moyens de détermination, avec un seuil de courant, aptes à activer des moyens de réduction de l’alimentation électrique d’au moins un consommateur électrique non sécuritaire parmi les consommateurs électriques, lorsque le courant déterminé est supérieur au seuil de courant. Les moyens de réduction comportent par exemple des moyens d’envoi d’une requête de diminution de consommation à un organe de gestion d’au moins un des consommateurs électriques, et des moyens de commande d’ouverture d’au moins un organe électronique de coupure desservant individuellement un des consommateurs électriques. L’invention concerne enfin un véhicule comportant un réseau électrique, et un dispositif de gestion de la distribution d’énergie électrique dans le réseau électrique selon l’invention. Le dispositif de gestion selon l’invention et le véhicule selon l’invention présentent des avantages analogues au procédé de gestion selon l’invention. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels : représente un réseau électrique d’un véhicule, et un dispositif de gestion selon l’invention de la distribution d’énergie électrique dans ce réseau électrique, dans un mode de réalisation de l’invention, et représente des étapes d’un procédé de gestion selon l’invention, de la distribution d’énergie électrique dans le réseau électrique de la , mis en œuvre par le dispositif de gestion de la , dans ce mode de réalisation de l’invention. Dans un mode de réalisation de l’invention, un réseau électrique 30 représenté , est embarqué dans un véhicule. Il permet d’alimenter électriquement des consommateurs électriques C1, C2, C3, C4 du véhicule, à partir d’une batterie 40 dite de servitude, de tension nominale à vide par exemple de 12V. Le consommateur électrique C1 est par exemple un dispositif d’éclairage tel qu’un feu de signalisation. Le consommateur électrique C2 est par exemple un moteur électrique permettant d’ouvrir ou de fermer une vitre du véhicule. Le consommateur électrique C3 est par exemple une prise accessoire 12V, sur laquelle un utilisateur a branché une bouilloire. Le consommateur électrique C4 est par exemple un système de dégivrage des vitres du véhicule. Dans ce réseau électrique 30, chaque consommateur électrique C1, C2, C3, C4 est protégé individuellement par un organe électronique de coupure respectivement 32, 34, 36, 38, disposés dans un boîtier de distribution. Chacun des organes électroniques de coupure 32, 34, 36, 38 est relié par un fil conducteur ou une piste conductrice dans le boîtier de distribution, à une barre conductrice 39 elle-même connectée à une broche 352 d’un connecteur 35. Une ligne de puissance connecte la broche 352 à un fusible 31 d’un boîtier fusibles, par l’intermédiaire d’un connecteur 33 du boîtier fusibles. Le boîtier fusibles est relié à la borne positive de la batterie 40 par un conducteur de puissance. Les organes électroniques de coupure sont par exemple des transistors MOSFET de différents calibres. Un circuit de commande permet de les piloter et comporte pour cela, des moyens de mesure des courants i1, i2, i3, et i4 passant respectivement dans chacun des organes électroniques de coupure 32, 34, 36 et 38. Les mesures effectuées par les moyens de mesure sont remontées via un convertisseur analogique/numérique 18 à un calculateur 20 du véhicule, comportant un port d’entrée 22, un processeur 24 et une mémoire 26, par exemple une mémoire RAM (d’après l’anglais « Random Access Memory ») ou une mémoire ROM (d’après l’anglais « Read Only Memory »). La communication entre le convertisseur analogique/numérique 18 et le calculateur 20 se fait par exemple via un bus CAN (d’après l’anglais « Controller Area Network »). Afin de prévenir une surchauffe de l'élément conducteur constitué par la broche 352, par exemple du fait que tous les consommateurs électriques C1, C2, C3, C4 fonctionnent en même temps, un procédé de gestion 100 (référencé ) selon l’invention de la distribution d’énergie électrique dans le réseau électrique 30, est mis en œuvre dans un dispositif de gestion 1 selon l’invention de cette distribution d’énergie électrique. Le dispositif de gestion 1 comporte le calculateur 20 et les moyens de mesure des courants i1, i2, i3 et i4. Le procédé de gestion 100 de la distribution d’énergie électrique dans le réseau électrique 30 est maintenant décrit en relation avec la . Il est mis en œuvre de façon matérielle et logicielle, dans le dispositif de gestion 1. Une première étape 110 du procédé de gestion 100 est la détermination du courant I passant dans la broche 352. Cette étape de détermination 110 est par exemple mis en œuvre par le processeur 24 par addition des mesures des courants i1, i2, i3 et i4 circulant dans les organes électriques de coupure 32, 34, 36 et 38, effectuées par les moyens de mesure du circuit de commande de ces organes électriques de coupure 32, 34, 36 et 38. On a donc : I = i1 + i2 + i3 + i4 L’étape suivante 130 est la comparaison, par le calculateur 20, du courant I déterminé précédemment lors de l’étape de détermination 110, avec un seuil S de courant associé à la broche 352. Ce seuil S de courant est strictement inférieur au courant limite que peut supporter la broche 352. Il est déterminé de sorte à ce que la température de la broche ne dépasse pas une température pouvant limiter le courant passant à travers la broche, cette température étant par exemple de 85°C. Si lors de cette étape de comparaison 130, le courant I est supérieur ou égal au seuil S de courant (branche Y correspondant à l’étape 130 sur la ), alors l’étape suivante est une étape 140 de réduction de l’alimentation électrique d’au moins un des consommateurs électriques C2, C3, et C4, en supposant ces consommateurs électriques en fonctionnement, sinon (branche N correspondant à l’étape 130 sur la ) l’étape suivante est une étape 150 de vérification de la valeur d’un compteur n, telle que décrite plus loin. On se place maintenant à l’étape 140, au début de laquelle le courant I passant dans la broche 352 est supérieur ou égal au seuil S. Ce cas d’usage peut arriver par exemple en hiver, avec tous les consommateurs électriques C1, C2, C3, et C4 fonctionnant en même temps, le feu de signalisation étant activé (consommateur électrique C1), le dégivrage également (consommateur électrique C4) et la bouilloire branchée sur la prise accessoire 12V aussi (consommateur électrique C3), alors qu’un utilisateur du véhicule ouvre une vitre du véhicule, actionnant donc le moteur électrique de cette vitre (consommateur électrique C2). Dans cette étape 140, on cherche à diminuer ce courant I pour que le feu de signalisation (consommateur électrique C1), qui est un consommateur électrique sécuritaire, puisse continuer à fonctionner de façon nominale. Pour cela, le calculateur 20 commande l’ouverture de l’organe électronique de coupure 38 alimentant le consommateur électrique C4, c’est-à-dire le système de dégivrage du véhicule. Le choix de ce délestage est motivé par le fait que le système de dégivrage est non sécuritaire, gourmand en électricité et que son inhibition temporaire ne sera pas visible immédiatement par un utilisateur du véhicule. Cela ne serait pas le cas si à la place, le calculateur 20 coupait l’alimentation de la prise accessoire (consommateur électrique C3) alors que celle-ci est branchée à une bouilloire en fonctionnement, ou si le calculateur 20 coupait l’alimentation du moteur électrique (consommateur électrique C2) de la vitre à ouvrir. A la fin de l’étape 140, le calculateur 20 incrémente d’une unité, le compteur n initialisé à zéro, puis reboucle sur l’étape 110 de détermination du courant I dans la broche 352, après un temps d’attente d’une seconde par exemple. Après ce temps d’attente, le dispositif de gestion 1 renouvelle donc l’étape 110 et rafraîchit la valeur du courant I lors de la nouvelle étape 110 de détermination. Dans le cas où lors de la nouvelle étape 130 de comparaison suivant cette nouvelle étape 110, le courant I est toujours supérieur au seuil S de courant, le calculateur 20 met en œuvre une nouvelle étape 140 de réduction de l’alimentation d’un des consommateurs électriques non sécuritaires C2 ou C3 en fonctionnement. Par exemple il commande l’ouverture de l’organe électronique de coupure 36 correspondant à la prise accessoire, incrémente d’une unité le compteur n et reboucle de nouveau sur l’étape de détermination 110, après un nouveau temps d’attente d’une seconde. On se place maintenant à l’étape 150, au début de laquelle le courant I passant dans la broche 352 est strictement inférieur au seuil S. Dans ce cas, le calculateur 20 vérifie que le compteur n vaut zéro, c’est-à-dire qu’aucun délestage électrique n’a précédemment eu lieu. Si le compteur a effectivement la valeur nulle (branche N correspondant à l’étape 150 sur la ), alors le calculateur 20 reboucle sur l’étape de détermination 110. Si au contraire le compteur n a une valeur strictement supérieure à zéro (branche Y correspondant à l’étape 150 sur la ), alors l’étape suivante est une étape 160 de comparaison de la différence entre le seuil S de courant et le courant I, tels que déterminé lors de la dernière itération de l’étape 110 précédente, avec une quantité prédéfinie de courant ΔI, par exemple 5A. Cette quantité prédéfinie de courant ΔI est déterminée de sorte à être compatible avec un rétablissement du consommateur électrique délesté de son alimentation à l’itération n-1 de l’étape 140 de réduction, sans altérer le fonctionnement du consommateur sécuritaire C1. La quantité prédéfinie de courant ΔI dépend donc notamment du consommateur électrique délesté de son alimentation à l’itération n-1 de l’étape 140 de réduction. Si la différence entre le seuil S de courant et le courant I est supérieure ou égale à cette quantité prédéfinie de courant ΔI (branche Y correspondant à l’étape 160 sur la ), alors l’étape suivante est une étape 170 de rétablissement de l’alimentation du consommateur électrique, qui avait été coupée à l’itération n-1 de l’étape 140 de réduction de l’alimentation d’un consommateur électrique. Par exemple, si le consommateur électrique C4 uniquement avait été délesté précédemment, alors lors de cette étape 170, le calculateur 20 commande la fermeture de l’organe électrique de coupure 38. Puis le calculateur reboucle sur l’étape 110 de détermination, après un temps d’attente d’une seconde par exemple. Si au contraire à l’étape 160, la différence entre le seuil S de courant et le courant I est strictement inférieure à cette quantité prédéfinie de courant ΔI (branche N correspondant à l’étape 160 sur la ), alors le calculateur 20 reboucle sur l’étape de détermination 110, après un temps d’attente d’une seconde par exemple. Au bout d’un nombre prédéfini d’itérations successives de l’étape 160 ne débouchant pas sur une étape de rétablissement 170, le calculateur 20 stoppe éventuellement ces itérations. Le consommateur électrique dont l’alimentation avait été coupée à l’itération n-1 de l’étape 140 de réduction, ne sera alors de nouveau alimenté que lors d’un changement d’usage ou de fonctionnement du véhicule (par exemple sur la détection d’un arrêt du moteur électrique correspondant au consommateur électrique C2). Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Notamment, les conditions d’inégalité non strictes par rapport au courant I lors de l’étape de comparaison 130, ou par rapport à la quantité de courant prédéfinie ΔI à l’étape 160, peuvent être remplacées par des conditions d’inégalités strictes sans changer la nature de l’invention. Procédé de gestion (100) de la distribution d’énergie électrique dans un réseau électrique (30) embarqué dans un véhicule, comportant des étapes de : - détermination (110) d’un courant (I) passant dans un élément conducteur (352) alimentant plusieurs consommateurs électriques (C1, C2, C3, C4), - comparaison (130) du courant (I) déterminé lors de l’étape de détermination (110) du courant (I), avec un seuil (S) de courant, et si le courant (I) déterminé est supérieur au seuil (S) de courant, l’étape de comparaison (130) est suivie d’une étape de réduction (140) de l’alimentation électrique d’au moins un consommateur électrique (C3, C4) non sécuritaire parmi les consommateurs électriques (C1, C2, C3, C4). Procédé de gestion (100) de la distribution d’énergie électrique dans un réseau électrique (30) selon la revendication 1, dans lequel l’étape de réduction (140) comporte l’envoi d’une requête de diminution de consommation à un organe de gestion du consommateur électrique (C3, C4), ou bien une commande d’ouverture d’un organe électronique de coupure (36, 38) desservant individuellement le consommateur électrique (C4). Procédé de gestion (100) de la distribution d’énergie électrique dans un réseau électrique (30) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le consommateur électrique (C3, C4) non sécuritaire est choisi parmi des consommateurs électriques consommant plus de 10 watts. Procédé de gestion (100) de la distribution d’énergie électrique dans un réseau électrique (30) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le consommateur électrique (C3, C4) non sécuritaire est choisi par défaut parmi des consommateurs électriques (C4) dont l’action est non directement perceptible d’un utilisateur du véhicule, ou, si ceux-ci ne consomment pas d’énergie, parmi des consommateurs électriques accessoires (C3) du véhicule. Procédé de gestion (100) de la distribution d’énergie électrique dans un réseau électrique (30) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’étape de réduction (140) est suivie d’une nouvelle étape de détermination (110) du courant (I) et d’une nouvelle étape de comparaison (130), et si lors de la nouvelle étape de comparaison (130), le courant (I) déterminé lors de la nouvelle étape de détermination (110) du courant (I) est supérieur au seuil (S) de courant, alors la nouvelle étape de comparaison (130) est suivie d’une étape de réduction (140) de l’alimentation électrique d’au moins un autre consommateur électrique non sécuritaire (C3) parmi les consommateurs électriques. Procédé de gestion (100) de la distribution d’énergie électrique dans un réseau électrique (30) selon la revendication 5, dans lequel, si lors de la nouvelle étape de comparaison (130), le courant (I) déterminé lors de la nouvelle étape de détermination (110) du courant (I) est inférieur au seuil (S) de courant, et si la différence entre le seuil (S) de courant et le courant (I) déterminé lors de la nouvelle étape de détermination (110) est supérieure à une quantité prédéfinie (ΔI) de courant, alors la nouvelle étape de comparaison (130) est suivie d’une étape de rétablissement (170) d’une alimentation nominale du consommateur électrique (C3, C4). Dispositif de gestion (1) de la distribution d’énergie électrique dans un réseau électrique (30) embarqué dans un véhicule, comportant : - des moyens de détermination (24) d’un courant (I) passant dans un élément conducteur (352) alimentant plusieurs consommateurs électriques (C1, C2, C3, C4), - des moyens comparaison (24) du courant (I) déterminé par les moyens de détermination (24), avec un seuil (S) de courant, aptes à activer des moyens de réduction (22) de l’alimentation électrique d’au moins un consommateur électrique (C3, C4) non sécuritaire parmi les consommateurs électriques (C1, C2, C3, C4), lorsque le courant (I) déterminé est supérieur au seuil (S) de courant. Dispositif de gestion (1) selon la revendication 7, dans lequel les moyens de réduction (22) comportent des moyens d’envoi d’une requête de diminution de consommation à un organe de gestion d’au moins un des consommateurs électriques (C3, C4), et des moyens de commande d’ouverture d’au moins un organe électronique de coupure (36, 38) desservant individuellement un des consommateurs électriques (C3, C4). Véhicule comportant un réseau électrique (30), et un dispositif de gestion (1) de la distribution d’énergie électrique dans le réseau électrique (30) selon la revendication 7 ou 8.