FR3019111A1 - Procede de securisation d'un vehicule hybride en cas d’accident, pour vider les condensateurs de puissance - Google Patents

Procede de securisation d'un vehicule hybride en cas d’accident, pour vider les condensateurs de puissance Download PDF

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Abstract

Procédé de sécurisation en cas d'accident d'un véhicule hybride comportant une machine électrique de traction pilotée par un onduleur (4) relié à une batterie de stockage (6) pouvant alimenter le réseau de bord très basse tension du véhicule (36) par un convertisseur de tension DC/DC (10), des composants de puissance comportant des condensateurs de filtrage du courant (44, 46), le véhicule étant équipé de capteurs de choc (30) qui déclenchent des moyens de protection des passagers, caractérisé en ce qu'après la détection d'un choc qui entraîne l'ouverture du contacteur de puissance (18) de la batterie de stockage (6), il commande l'alimentation du réseau de bord (36) par le convertisseur DC/DC (10).

Description

PROCEDE DE SECURISATION D'UN VEHICULE HYBRIDE EN CAS D'ACCIDENT, POUR VIDER LES CONDENSATEURS DE PUISSANCE La présente invention concerne un procédé de sécurisation d'un véhicule hybride en cas d'accident, ainsi qu'un système électrique de traction et un véhicule hybride comportant des moyens mettant en oeuvre un tel procédé. Un type de véhicule hybride électrique connu comporte un moteur thermique de traction entraînant des roues motrices par une transmission, et au moins une machine électrique auxiliaire de puissance modérée reliée par un onduleur à un dispositif de stockage de l'énergie, appelé par la suite batterie de stockage, pouvant fonctionner en moteur en délivrant un couple complémentaire aux roues, ou en génératrice pour recharger cette batterie en récupérant une énergie cinétique du véhicule.
En particulier la machine électrique peut être un alterno-démarreur relié en permanence au moteur thermique. Le véhicule peut aussi comporter plusieurs machines électriques de traction. La batterie de stockage peut présenter notamment une tension nominale de 48, 200 ou 300V. D'une manière générale, la batterie de stockage peut comporter tous types de cellules électrochimiques, comme des cellules utilisant les technologies Li-Ion ou NiMh, ou des condensateurs électriques. Cette batterie peut comporter un seul ensemble, ou plusieurs ensembles distincts, disposés en parallèle ou en série. Le circuit de puissance comprenant la batterie de stockage vient en complément du circuit très basse tension installé sur les véhicules, formant le réseau de bord présentant généralement une tension nominale de 12V. Ce réseau de bord peut être équipé d'une batterie très basse tension, ou fonctionner sans batterie propre, en recevant le courant d'un convertisseur DC/DC prélevant l'énergie sur le circuit de puissance en abaissant la tension.
On peut ainsi réaliser différents modes de fonctionnement, comportant notamment un mode sans émission de gaz polluants avec la motorisation électrique seule, appelé mode électrique ou mode « ZEV », un mode hybride et un mode sport associant les deux motorisations pour favoriser respectivement la consommation et les performances du véhicule. Pour sécuriser le circuit de puissance en cas de choc sur le véhicule, et éviter notamment des courts-circuits dangereux, il est connu d'ouvrir un contacteur de puissance se trouvant dans la batterie de stockage après la détection de ce choc venant du capteur de déclenchement des airbags. La détection est transmise généralement par le réseau d'information du type « CAN », et par une liaison filaire directe.
Cependant dans ce cas après le choc différents condensateurs de filtrage du courant disposés sur les composants de puissance, notamment sur l'onduleur de commande de la machine électrique ou le convertisseur DC/DC, peuvent rester chargés d'énergie électrique, et représenter un danger potentiel de court-circuit lors de leurs décharges si les faisceaux sont écrasés pendant le choc. Pour éviter ce problème une solution connue comporte un système de décharge active intégré aux composants de puissance, présentant un contacteur de dissipation équipé d'une résistance en série, positionné entre les deux pôles électriques des composants, qui est fermé après l'information de choc déclenchant l'ouverture du contacteur de puissance. On dissipe alors l'énergie des condensateurs dans la résistance avec un délai court, qui peut être de l'ordre de quelques secondes. Toutefois cette solution nécessite la réalisation d'un circuit spécifique de dissipation entre les deux pôles électriques des composants de puissance, qui représente un coût supplémentaire, et un risque sécuritaire de court- circuit entre les deux pôles électriques si le contacteur de dissipation se ferme de façon involontaire. En particulier le niveau de sécurité de ce circuit spécifique doit être très élevé. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure.
Elle propose à cet effet un procédé de sécurisation en cas d'accident d'un véhicule hybride comportant une machine électrique de traction pilotée par un onduleur relié à une batterie de stockage équipée d'un contacteur de puissance, cette batterie pouvant alimenter le réseau de bord très basse tension du véhicule par un convertisseur de tension DC/DC dans un mode d'abaissement de la tension, les composants de puissance comportant des condensateurs de filtrage du courant, le véhicule étant équipé de capteurs de choc qui déclenchent des moyens de protection des passagers, caractérisé en ce qu'après la détection d'un choc qui entraîne l'ouverture du contacteur de puissance de la batterie de stockage, il commande l'alimentation du réseau de bord par le convertisseur DC/DC afin de vider les condensateurs des éléments de puissance dans ce réseau. Un avantage de ce procédé de sécurisation est que l'on obtient de manière simple et économique, avec seulement des compléments de logiciels, un vidage rapide des condensateurs des composants de puissance qui permet de sécuriser le véhicule en évitant un court-circuit pouvant entraîner notamment un départ d'incendie. L'invention a aussi pour objet un système électrique de traction pour un véhicule hybride comportant une machine électrique de traction pilotée par un onduleur relié à une batterie de stockage équipée d'un contacteur de puissance, cette batterie de stockage pouvant alimenter le réseau de bord très basse tension du véhicule par un convertisseur de tension DC/DC dans un mode d'abaissement de la tension, les composants de puissance comportant des condensateurs de filtrage du courant, le véhicule étant équipé de détecteurs de chocs qui déclenchent des moyens de protection des passagers, ce système comportant des moyens mettant en oeuvre le procédé de sécurisation présenté ci-dessus. Le système électrique selon l'invention peuvent en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.
Avantageusement, le système électrique comporte un réseau filaire direct envoyant un signal analogique venant des capteurs de choc au convertisseur DC/DC, pour commander son alimentation du réseau de bord. Avantageusement, le réseau filaire direct envoie aussi un signal analogique à l'onduleur de la machine électrique, et à des moyens de contrôle de la batterie de stockage. Avantageusement, l'onduleur de la machine électrique comporte un condensateur de filtrage du courant d'alimentation, qui ne présente pas entre ses pôles de contacteur équipé d'une résistance de dissipation disposée en 10 série. Avantageusement, la batterie de stockage comporte un unique contacteur de puissance reliant les cellules de stockage d'énergie, à l'onduleur de la machine électrique et au convertisseur DC/DC. L'invention a aussi pour objet un véhicule hybride électrique disposant 15 d'un système électrique pour la traction, comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. En particulier, le véhicule peut comporter un moteur thermique entraînant par une transmission les roues avant, la machine électrique de traction étant liée mécaniquement à ce moteur. 20 En particulier, le véhicule peut comporter une autre machine électrique entraînant les roues arrière. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence au dessin 25 annexé de la figure 1 qui est un schéma global de l'architecture électrique d'un véhicule hybride selon l'art antérieur. La figure 1 présente l'architecture électrique d'un véhicule hybride comportant un moteur thermique qui peut être du type essence ou Diesel, entraînant les roues motrices par une transmission.
Une machine électrique de traction disposant d'un onduleur 4, est alimentée par une batterie basse tension 6 en passant par un premier connecteur d'onduleur 8. Un convertisseur de courant DC/DC 10 comporte un côté basse tension relié à la batterie de stockage6 par un deuxième connecteur de convertisseur 14, et un côté très basse tension relié au réseau de bord 36 alimenté par une batterie très basse tension 12 présentant une tension nominale de 12V. La batterie de stockage 6 comporte des cellules de stockage d'énergie 16 reliées par un unique contacteur de puissancel8, d'une part à l'onduleur de la machine électrique 4 en passant par un premier fusible 20, et d'autre part en parallèle au convertisseur DC/DC 10 en passant par un deuxième fusible 22. Un superviseur de la chaîne de traction 24 alimenté par le réseau de bord 36, communique par un réseau de communication du type « CAN » 32 avec l'onduleur de la machine électrique 4, le convertisseur de courant DC/DC 10, et des moyens de contrôle 26 de la batterie de stockage 6 intégrés dans cette batterie. On peut disposer en particulier sur un véhicule hybride comportant un moteur thermique entraînant par une transmission les roues avant, une machine électrique de traction formant un alternodémarreur lié à ce moteur, qui peut également transmettre du couple aux roues avant. De plus le véhicule peut comporter une machine électrique entraînant les roues arrière, la batterie de stockage 6 étant disposée aussi à l'arrière de ce véhicule En particulier le convertisseur DC/DC10 peut travailler dans un mode de montée de la tension en recevant une énergie électrique du réseau de bord 36 et de la batterie très basse tension 12, qui peut être en cours de recharge par un réseau extérieur de distribution d'électricité, pour charger la batterie de stockage 6. A l'inverse le convertisseur DC/DC 10 peut travailler dans un mode d'abaissement de la tension en recevant une énergie électrique du circuit de puissance et de la batterie de stockage 6, pour recharger la batterie du réseau de bord 12. En variante le réseau de bord 36 peut ne pas comporter de batterie très basse tension, il est alors alimenté en permanence par le convertisseur DC/DC 10 travaillant dans le mode d'abaissement de la tension.
Pour l'alimentation du réseau de bord 36, le convertisseur DC/DC 10 reçoit en permanence une consigne du superviseur 24 afin qu'il régule le courant délivré au réseau de bord, dépendant de la stratégie d'utilisation de la batterie très basse tension 12, de son niveau de charge, des consommateurs actifs ou non sur le véhicule, et d'une stratégie éventuelle d'utilisation des composants de la chaîne de traction électrique. Cette consigne peut être positive ou nulle, elle est rarement négative, sauf dans le cas de la recharge de la batterie de stockage 6 par un réseau extérieur de distribution d'électricité. Le véhicule comporte des capteurs 30 détectant les chocs importants en cas d'accident, pour déclencher notamment différents airbags de protection des passagers, qui envoient un signal analogique par un réseau filaire direct 32 à l'onduleur de la machine électrique 4, appelé aussi « Crash line », au convertisseur DC/DC 10 ainsi qu'aux moyens de contrôle 26 de la batterie de stockage 6.Par ailleurs le superviseur 24 envoie aussi par le réseau d'information CAN 34, une information de détection des chocs à ces mêmes composants de puissance. On a alors lors de la détection d'un choc l'ouverture du contacteur de puissance 18 de la batterie de stockage 6, et simultanément la fermeture d'un contacteur de dissipation 40 équipée d'une résistance de dissipation en série 42, qui est interposé entre les deux pôles positif et négatif d'un condensateur de filtrage 44 se trouvant à l'entrée de l'onduleur de la machine électrique 4. Par la fermeture de ce contacteur de dissipation 40 on vide rapidement tous les condensateurs de filtrage se trouvant dans le circuit de puissance, comprenant notamment celui 44 de l'onduleur de la machine électrique 4, et celui 46 disposé en sortie du convertisseur DC/DC 10. On notera que ces différents condensateurs 44, 46 sont reliés entre eux en passant par la batterie de stockage 6. Avec le procédé suivant l'invention, à partir de la détection d'un choc qui entraîne l'ouverture du contacteur de puissance 18 de la batterie de stockage 6 pour éviter que ses cellules de stockage de 16 n'alimentent un court-circuit, on commande l'alimentation du réseau de bord 36 et de sa batterie 12 par le convertisseur DC/DC 10. On applique en particulier une consigne d'urgence donnant le courant maximum, à la place de la consigne de régulation en cours donnée par le superviseur 24, quel que soit son niveau, cette consigne pouvant de plus disparaitre pendant l'accident. On abaisse ainsi rapidement la tension résiduelle du circuit de puissance qui n'est plus alimentée par la batterie de stockage 6, et donc celle des condensateurs 44, 46 des éléments de puissance. L'énergie est transférée dans le réseau de bord 36, en particulier dans la batterie très basse tension 12, et avec cette faible tension présente peu de risque. En passant par la batterie de stockage 6, on vide ainsi en même temps tous les condensateurs 44, 46 des éléments de puissance. On peut avoir notamment un courant fort avec une puissance maximum débitable par le convertisseur DC/DC 10 de l'ordre de 1,5 à 3kW en fonction des véhicules, des groupes motopropulseur et des équipements, qui donne un temps court pour abaisser la tension du circuit de puissance. On peut ainsi supprimer le contacteur de dissipation 40 ainsi que sa résistance en série 42, ce qui permet de simplifier et de réduire les coûts du circuit de puissance, notamment de l'onduleur de la machine électrique 4. 25

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1 Procédé de sécurisation en cas d'accident d'un véhicule hybride comportant une machine électrique de traction pilotée par un onduleur (4) relié à une batterie de stockage (6) équipée d'un contacteur de puissance (18), cette batterie pouvant alimenter le réseau de bord très basse tension du véhicule (36) par un convertisseur de tension DC/DC (10) dans un mode d'abaissement de la tension, les composants de puissance comportant des condensateurs de filtrage du courant (44, 46), le véhicule étant équipé de capteurs de choc(30) qui déclenchent des moyens de protection des passagers, caractérisé en ce qu'après la détection d'un choc qui entraîne l'ouverture du contacteur de puissance (18) de la batterie de stockage (6), il commande l'alimentation du réseau de bord (36) par le convertisseur DC/DC (10) afin de vider les condensateurs des éléments de puissance (44, 46) dans ce réseau.
  2. 2- Système électrique de traction pour un véhicule hybride comportant une machine électrique de traction pilotée par un onduleur (4) relié à une batterie de stockage (6) équipée d'un contacteur de puissance (18), cette batterie pouvant alimenter le réseau de bord très basse tension du véhicule (36) par un convertisseur de tension DC/DC (10) dans un mode d'abaissement de la tension, les composants de puissance comportant des condensateurs de filtrage du courant (44, 46), le véhicule étant équipé de détecteurs de chocs (30) qui déclenchent des moyens de protection des passagers, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens mettant en oeuvre un procédé de sécurisation selon la revendication 1.
  3. 3 - Système électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un réseau filaire direct (32) envoyant un signal analogique venant des capteurs de choc (30) au convertisseur DC/DC (10), pour commander son alimentation du réseau de bord (36).
  4. 4- Système électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le réseau filaire direct (32) envoie aussi un signal analogique à l'onduleur de la 301 9 1 1 1 9 machine électrique (4), et à des moyens de contrôle (26) de la batterie de stockage (6).
  5. 5 - Système électrique selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'onduleur de la machine électrique (4) comporte un 5 condensateur de filtrage (44) du courant d'alimentation, qui ne présente pas entre ses pôles de contacteur (40) équipé d'une résistance de dissipation disposée en série (42).
  6. 6- Système électrique selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la batterie de stockage (6) comporte un unique 10 contacteur de puissance (18) reliant les cellules de stockage d'énergie (16), à l'onduleur de la machine électrique (4) et au convertisseur DC/DC (10).
  7. 7 - Véhicule hybride électrique disposant d'un système électrique pour la traction, caractérisé en ce que ce système est réalisé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6. 15
  8. 8 - Véhicule hybride électrique selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur thermique entraînant par une transmission les roues avant, la machine électrique de traction étant liée mécaniquement à ce moteur,
  9. 9 - Véhicule hybride électrique selon la revendication 7 ou 8, caractérisé 20 en ce qu'il comporte une autre machine électrique entraînant les roues arrière.
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