Brevet FR3144782A1 — publié le 20240712

L’invention concerne un véhicule automobile comprenant : - une batterie de traction sous forme de pack batterie équipé d’un réseau électrique ; - un moyen de coupure de courant du réseau électrique, caractérisé en ce que le moyen de coupure de courant comprend un relai point milieu (U1) ; et le véhicule automobile comprend en outre un module de résistance (R2) et un module de capacité (C2) connectés en parallèle du relai point milieu (U1), le module de résistance (R2) et le module de capacité (C2) absorbant des oscillations induites par la fermeture du relai point milieu (U1). L’invention concerne en outre un procédé de fabrication thermique sur la base d’un tel véhicule. Figure 3 VEHICULE AUTOMOBILE COMPRENANT UN RELAI POINT MILIEU CONNECTE A UNE CAPACITE ET UNE RESISTANCE, ET PROCEDE SUR LA BASE D’UN TEL VEHICULE L’invention concerne le domaine des batteries de véhicules électriques, en particulier sur une solution de diagnostic de ces batteries. Dans ce domaine, l’état de l’art, lorsqu’il existe un relai point milieu pour garantir la tenue de la norme des batteries sur l’emballement thermique, alors celui-ci est implémenté comme un relai classique, c’est-à-dire que son ouverture rompt complétement la continuité électrique entre l’amont et l’aval du relai. Dans le cadre de la détection de l’évènement d’emballement thermique, une norme chinoise (et une norme européenne à venir) impose de prévenir l’utilisateur via une alerte au tableau de bord, d’un emballement thermique 5 minutes avant l’apparition des premières fumées dans l’habitacle. La spécification du demandeur étant à 10 minutes plus sévère que la future norme), il peut être intéressant voir indispensable de rajouter un moyen de coupure entre un pôle négatif HV- et un pôle positif HV+ (selon la configuration du pack batterie) pour interrompre plus efficacement la propagation de l’emballement thermique et ainsi permettre de respecter et de dépasser les exigences normatives sur le sujet. Le moyen le plus sécuritaire (car le relai est en position naturellement ouverte pour garantir la tenue de l’exigence également en mode veille) est ainsi de rajouter un relai dont le suivi est assuré par le système de gestion de batterie (abrégé « BMS »). Cependant, cette solution présente un inconvénient majeur. A cause des capacités parasites liées aux modules batterie, la fermeture de ce relai point milieu va engendrer nécessairement de fortes perturbations au niveau du réseau électrique, présentant un risque important de durabilité aux niveaux des composants du calculateur du BMS en charge de surveiller les informations des modules (ces composants sont comme des « capteurs » que l’on place auprès des modules de chimie, il y en a plusieurs pour un pack batterie complet). Un exemple de mesure au niveau de l’alimentation du composant BMS décrit ci-dessus, lors de la fermeture du relai point milieu, est illustré en . On voit clairement une perturbation sur l’alimentation du capteur, jusqu’à plus de 2 fois la valeur d’origine. Une telle perturbation est susceptible de détruire le composant de mesure. Le problème est amplifié par le fait qu’il est alors nécessaire de fermer ce relai point milieu lors de chaque cycle de conduite, ce qui correspond à plusieurs dizaines de milliers d’activations sur la vie du véhicule. La solution n’est donc pas convenable en l’état. Pour résoudre ce problème, on pourrait implémenter des composants de filtrage dans le composant BMS afin de s’affranchir du problème. Cette solution à trois inconvénients majeurs : - Elle rajoute des performances au composant BMS ; - Elle rajoute du temps de développement au composant BMS, et ne permet donc pas d’être implémentée rapidement ; - Elle ne permet pas de distinguer le cas du relai point milieu bloqué fermé du cas d’un fusible principal hors service : En effet : le diagnostic du fusible est réalisé en comparant la tension du pôle positif HV+ avec la somme des tensions de cellules. En rajoutant un relai point milieu, on vient naturellement perturber ce diagnostic car son apparition pourra aussi bien signifier un fusible hors service ou simplement un relai point milieu ouvert. Un autre inconvénient de la solution est qu’elle ne permet plus de réaliser le diagnostic d’isolation lorsque le relai est « ouvert », car le diagnostic d’isolation a comme entrant la tension de la batterie qui ne peut plus être mesurée lorsque le relai est ouvert. Ainsi, un objectif de la présente invention est de remédier aux défauts de l’art antérieur, et notamment de proposer une solution pour interrompre la propagation de l’emballement thermique, respecter et de dépasser les exigences normatives, tout en limitant le risque de durabilité aux niveaux des composants du calculateur BMS en charge de monitorer les informations des modules. Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un véhicule automobile comprenant : - une batterie de traction sous forme de pack batterie équipé d’un réseau électrique ; - un moyen de coupure de courant du réseau électrique, caractérisé en ce que le moyen de coupure courant comprend un relai point milieu ; et le véhicule automobile comprend en outre un module de résistance et un module de capacité connectés en parallèle du relai point milieu, le module de résistance et le module de capacité absorbant des oscillations induites par la fermeture du relai point milieu. Avantageusement, l’absorption des oscillations permet de garantir la durabilité des composants de mesures, dont la détérioration impliquerait une panne véhicule immédiate. L’ajout de la résistance permet de garder la continuité entre le pôle négatif HV- et le pôle positif HV+, ce qui permet de réaliser le diagnostic du fusible principal ainsi que le diagnostic d’isolation lorsque le relai est ouvert. L’invention cherche à résoudre 3 problèmes majeurs liés à l’introduction d’un relai point milieu : - garantir la durabilité des composants BMS sans impacter la performance de la pièce ni son planning de développement ; - permettre de dissocier les diagnostics de fusible principal batterie hors service du diagnostic de relai point milieu bloqué « ouvert » afin de gagner en précision de diagnostic et donc en efficacité après-vente ; - permettre de réaliser le diagnostic d’isolation y compris lorsque le relai point milieu est ouvert. Selon une variante, le module de résistance comprend une valeur de résistance comprise entre 250 et 750 kΩ, de préférence de 500 kΩ. Cela permet de limiter significativement les oscillations de tensions sur le réseau électrique. Selon une variante, le module de capacité comprend une valeur de capacité comprise entre 8µF et 12µF, de préférence de 10µF. Cela permet de limiter significativement les oscillations de tensions sur le réseau électrique. Selon une variante, le réseau électrique comprend au moins un module de de bobine – résistance – capacité. L’invention porte également sur un procédé de fabrication d’un réseau électrique pour un véhicule automobile selon l’invention, comprenant les étapes suivantes : - mettre en place un moyen de coupure de courant comprenant un relai point milieu ; - mettre en place un module de résistance et un module de capacité connectés en parallèle du relai point milieu, le module de résistance et le module de capacité absorbant des oscillations induites par la fermeture du relai point milieu. L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant un mode de réalisation préféré de l’invention, dans lesquelles : - illustre schématiquement des mesures de perturbations induites sur le réseau électrique à la fermeture relai point milieu ; - illustre schématiquement une partie d’un montage de pack batterie selon l’art antérieur ; - illustre schématiquement une partie d’un montage de pack batterie selon l’invention ; et - illustre schématiquement des mesures de perturbations induites sur alimentation dans le cadre de l’invention à la fermeture relai point milieu. L’invention propose de combiner l’ajout d’une résistance en parallèle d’un relai point milieu et de résoudre la problématique induite d’incapacité de réalisation du diagnostic bloqué fermé en se servant du circuit de détection du défaut d’isolation déjà présent sur le composant BMS. Outre l’ajout de la résistance de ligne, l’invention propose d’ajouter une capacité en parallèle du relai point milieu. La présence de ces éléments en parallèle permet de conserver la continuité entre les pôles HV- et HV+ et ainsi éviter la perturbation à la fermeture du relai. Puisqu’il y a continuité de tension : il est possible de réaliser le diagnostic du fusible y compris lorsque le relai est « ouvert » et il est possible de mesurer la tension au pôle HV+ et donc de réaliser le diagnostic d’isolation relai ouvert. L’impact sur le temps de développement et la performance est alors négligeable. Les points de mesures du composant BMS sont les points U1 donnés (correspondant ici à un relai point milieu). Le fusible principal est placé avant le point de mesure U1. L’ouverture du relai point milieu a nécessairement pour conséquence de ne plus être pouvoir mesurer la tension puisqu’il n’y a plus continuité ente ces points. Or, le diagnostic du fusible est réalisé de la manière suivante : Si la tension n’est pas égale à la somme des tensions cellules batterie, alors le fusible est ouvert. La tension n’étant plus disponible lorsque le relai est ouvert, il n’est plus possible de réaliser le diagnostic du fusible. Lorsque le relai est fermé, il ne sera plus possible de dissocier le diagnostic du fusible du diagnostic du relai point milieu : il n’est plus possible de savoir si c’est le relai qui ne s’est pas fermé correctement (état bloqué ouvert) et si c’est le fusible qui est endommagé. De la même manière, dans l’état de l’art, la mesure d’isolation permettant d’estimer la résistance entre le pôle HV+ et le châssis de véhicule ainsi qu’entre le pôle HV- et le châssis du véhicule, se base nécessairement sur la mesure en entrées des équations. L’absence de cette mesure engendre l’incapacité de réaliser le diagnostic d’isolation lorsque le relai point milieu est ouvert. L’ajout de la résistance permettant la continuité électrique entre le pôle HV- et le pôle HV+, elle résout naturellement ces deux problématiques. La problématique des perturbations sur l’alimentation des composants du BMS de mesure des tensions cellules a été découverte lors d’essais réels sur pack batterie : voir . Pour comprendre ce phénomène, le pack batterie a été modélisé en ajoutant chaque circuit RLC propre aux cellules (illustré en ). U1 représente le relai point milieu, le point « V+ » sert à mesurer les oscillations au bord du relai point milieu. L’objectif de cette modélisation est de reproduire le comportement mesuré sur pack batterie. La simulation du schéma de la donne les résultats non satisfaisants : des pics de tension de l’ordre de +/- 100V apparaissent bien à la fermeture du relai point milieu. Ces oscillations sont problématiques car les composants du système de gestion sont alimentés, dans les solutions connues, directement par les modules qu’ils surveillent. Cela signifie que le composant le plus proche du relai aura directement ces oscillations sur son alimentation. Or, ces composants ne tolèrent pas plus de +100V sur leur entrée d’alimentation, ni de pic de tension négatif. Il existe un risque avéré de détérioration des composants sur ces sollicitations, ce qui aboutit directement et immédiatement à l’immobilisation du véhicule. En rajoutant une résistance R2 de 500k, et une capacité C2 de 10µF comme illustré en , et en réalisant à nouveau la simulation, nous obtenons sur les alimentations des composants, le profil illustré en . Les oscillations sont réduites en amplitudes et en temps, et peuvent largement être considérées comme négligeables. Les valeurs de la capacité et des résistances sont dépendantes du positionnement du point relai dans le pack, et des caractéristiques des circuits RLC inhérents aux cellules. La solution la plus prometteuse est avec 500k et 10µF. Néanmoins, ces valeurs sont dépendantes du positionnement du point relai dans le pack, et des caractéristiques des circuits RLC inhérents aux cellules, il convient donc de les réadapter par l’étude pour chaque architecture pack batterie et type de chimie. Il est également proposé d’implémenter directement les composants dans le faisceau électrique du pack batterie afin de d’économiser de l’espace et de faciliter l’implémentation de l’invention. Véhicule automobile comprenant : - une batterie de traction sous forme de pack batterie équipé d’un réseau électrique ; - un moyen de coupure de courant du réseau électrique, caractérisé en ce que le moyen de coupure de courant comprend un relai point milieu (U1) ; et le véhicule automobile comprend en outre un module de résistance (R2) et un module de capacité (C2) connectés en parallèle du relai point milieu (U1), le module de résistance (R2) et le module de capacité (C2) absorbant des oscillations induites par la fermeture du relai point milieu (U1). Véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de résistance (R2) comprend une valeur de résistance comprise entre 250 et 750 kΩ, de préférence de 500 kΩ. Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le module de capacité (C2) comprend une valeur de capacité comprise entre 8µF et 12µF, de préférence de 10µF. Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réseau électrique comprend au moins un module de bobine (L) – résistance (R) – capacité (C). Procédé de fabrication d’un réseau électrique pour un véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant les étapes suivantes : - mettre en place un moyen de coupure de courant comprenant un relai point milieu (U1) ; - mettre en place un module de résistance (R2) et un module de capacité (C2) connectés en parallèle du relai point milieu (U1), le module de résistance (R2) et le module de capacité (C2) absorbant des oscillations induites par la fermeture du relai point milieu (U1).