FR2831272A1 - Detection of a short circuit in a dual voltage motor vehicle electrical network, by summation of the earth voltages in the high voltage network, with a non-zero total value taken to indicate a short circuit - Google Patents
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Abstract
Description
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L'invention est relative aux procédés et dispositifs de détection de court-circuit résistif dans un réseau électrique pour véhicule automobile. The invention relates to methods and devices for detecting a resistive short circuit in an electrical network for a motor vehicle.
L'augmentation des besoins en énergie électrique des nouveaux équipements électriques embarqués implique que le traditionnel système de production d'énergie sous 14 volts arrive à ses limites. L'énergie électrique qui doit être disponible dans le véhicule ne cesse de croître. Une solution consiste à passer d'une tension de réseau de 14 volts vers une tension de réseau de 42 volts. Or cette transition ne peut se faire de façon instantanée. En effet de nombreux consommateurs doivent toujours être alimenté sous une tension de 14 volts, tel que les feux de signalisation à filaments par exemple. The increase in electrical energy needs of new on-board electrical equipment means that the traditional 14 volt energy production system is reaching its limits. The electrical energy that must be available in the vehicle is constantly increasing. One solution is to switch from a network voltage of 14 volts to a network voltage of 42 volts. However, this transition cannot take place instantaneously. Indeed, many consumers must always be supplied with a voltage of 14 volts, such as filament signal lights for example.
Ainsi, il est nécessaire de faire coexister les 2 réseaux électriques, respectivement 12 volts et 42 volts au sein d'un même véhicule automobile. Thus, it is necessary to make the 2 electrical networks coexist, respectively 12 volts and 42 volts within the same motor vehicle.
L'invention concerne également les réseaux bitensions de type 42 volts/12 volts. The invention also relates to dual voltage networks of the 42 volt / 12 volt type.
L'alternateur qui délivre l'énergie sur le réseau électrique du véhicule automobile transforme l'énergie mécanique en énergie électrique lorsque l'induit est formé par le stator pour fonctionner en générateur électrique. Lorsque l'induit est formé par le rotor, cet alternateur constitue un moteur électrique et transforme de l'énergie électrique en énergie mécanique. Ainsi l'alternateur peut être réversible son rotor pouvant constituer dans certaines situations un induit de manière précitée pour former un alterno-démarreur de véhicule automobile permettant de démarrer le moteur du véhicule automobile. The alternator which delivers energy to the electrical network of the motor vehicle transforms mechanical energy into electrical energy when the armature is formed by the stator to operate as an electric generator. When the armature is formed by the rotor, this alternator constitutes an electric motor and transforms electrical energy into mechanical energy. Thus, the alternator can be reversible, its rotor possibly constituting an armature as mentioned above in certain situations to form a motor vehicle alternator-starter making it possible to start the motor of the motor vehicle.
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L'invention s'applique aux réseaux électriques de véhicules automobile alimentés par un alternateur classique. Elle s'applique également aux alternateurdémarreurs. The invention applies to the electrical networks of motor vehicles powered by a conventional alternator. It also applies to starter alternators.
Cet alternateur-démarreur peut être intégré à l'embrayage et ainsi être solidaire axialement en rotation avec le vilebrequin du moteur à combustion interne du véhicule automobile. A titre d'exemple on se reportera à la machine électrique décrite dans le document FR 2,782, 355. This alternator-starter can be integrated into the clutch and thus be secured axially in rotation with the crankshaft of the internal combustion engine of the motor vehicle. By way of example, reference will be made to the electric machine described in document FR 2,782, 355.
Cet alternateur-démarreur peut également être séparé du vilebrequin. Dans ce cas, cette machine électrique est constituée par un alternateur classique, solidaire en rotation avec la courroie d'entraînement solidaire en rotation avec un arbre de sortie du moteur à combustion interne. Pour plus de précision, on se reportera au document FR 2,807, 231. This alternator-starter can also be separated from the crankshaft. In this case, this electric machine is constituted by a conventional alternator, integral in rotation with the drive belt integral in rotation with an output shaft of the internal combustion engine. For more details, see document FR 2,807, 231.
Les véhicules automobiles sont soumis lors de leurs fonctionment à de constantes vibrations. Ces vibrations peuvent induire des courts-circuits entre 2 fils ou entre un fil et une partie conductrice du véhicule suite à une usure de l'isolant du fil. Ces courts-circuits sont en général résistifs. En effet, le courant de court-circuit ne dépasse pas quelques dizaines d'ampères et ne fait donc pas sauter les fusibles de protection. Toutefois, ces courts-circuits résistifs peuvent provoquer un échauffement du fil par effet joule pouvant conduire à l'incendie du véhicule automobile. Motor vehicles are subject to constant vibration during operation. These vibrations can induce short circuits between 2 wires or between a wire and a conductive part of the vehicle due to wear of the wire insulation. These short circuits are generally resistive. Indeed, the short-circuit current does not exceed a few tens of amps and therefore does not blow the protection fuses. However, these resistive short-circuits can cause the wire to heat up by the Joule effect, which can lead to the fire of the motor vehicle.
Une solution consisterait à utiliser pour la gaine isolante du fil, un matériau qui présente un point de fusion compris dans un intervalle de température très faible. Ainsi, le court-circuit devient vite franc ce One solution would be to use for the insulating sheath of the wire, a material which has a melting point included in a very low temperature range. So the short circuit quickly becomes straightforward
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qui provoque la fusion immédiate du fusible de protection. Toutefois, cette solution présente l'inconvénient d'être coûteuse. which causes the immediate protection fuse to blow. However, this solution has the disadvantage of being expensive.
Le but de l'invention est donc de pallier cet inconvénient et ce, de manière simple et économique. The object of the invention is therefore to overcome this drawback, in a simple and economical manner.
Elle a donc pour objet un procédé pour la détection d'un court-circuit dans un réseau électrique de véhicule automobile comportant un réseau bi-tension dans lequel on mesure les courants transitant dans chacune des branches du réseau électrique haute tension sur lequel sont connectés la machine électrique, la batterie haute tension, des consommateurs électriques haute tension et un convertisseur DC/DC caractérisé en ce qu'on mesure le courant de masse de tous les consommateurs haute tension reliés en un seul point et que l'on considère qu'il y a présence d'un court-circuit si la somme des courants est non nulle. It therefore relates to a method for detecting a short circuit in a motor vehicle electrical network comprising a dual-voltage network in which the currents flowing in each of the branches of the high-voltage electrical network to which the electric machine, high-voltage battery, high-voltage electric consumers and a DC / DC converter characterized in that the mass current of all the high-voltage consumers connected at a single point is measured and considered to be there is a short circuit if the sum of the currents is not zero.
Dès lors on obtient un système de procédé de détection de court-circuit économique car la consommation des charges hautes-tension n'est réalisée que par une seule mesure. Consequently, an economical short-circuit detection method system is obtained since the consumption of the high-voltage charges is only carried out by a single measurement.
Ce procédé présente dans un mode de réalisation la caractéristique suivante selon laquelle la détection d'un court-circuit est détectée si la valeur absolue de la somme des courants est égale a un faible courant non nul qui correspond à la marge d'erreur due à l'imprécision des dispositifs de mesures dédits courants. This method has in one embodiment the following characteristic according to which the detection of a short circuit is detected if the absolute value of the sum of the currents is equal to a low non-zero current which corresponds to the margin of error due to the imprecision of current dedicated measurement devices.
L'invention a également pour objet un dispositif pour la détection d'un court-circuit dans un réseau électrique de véhicule automobile comportant un réseau bi-tension, dans'lequel sur le réseau haute tension sont The invention also relates to a device for detecting a short circuit in a motor vehicle electrical network comprising a dual-voltage network, in which on the high-voltage network are
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connectés, la machine électrique, une batterie haute tension, un convertisseur DC/DC et des charges hautes tensions caractérisé en ce que toutes les masses des charges haute tension sont reliées en un point unique à un capteur de courant pour mesurer le courant de masse total de tous ces consommateurs. connected, the electric machine, a high voltage battery, a DC / DC converter and high voltage loads characterized in that all the masses of the high voltage loads are connected at a single point to a current sensor to measure the total mass current of all these consumers.
Dès lors on obtient un système de détection de court-circuit économique car la connexion de tous les fils de masse des consommateurs haute-tension sont tous localisé au sous le capot moteur du véhicule automobile. Un autre avantage consiste en ce que ce dispositif de détection nécessite l'ajout que d'un seul capteur de courant suplémentaire. Consequently, an economical short-circuit detection system is obtained because the connection of all the ground wires of the high-voltage consumers are all located under the engine cover of the motor vehicle. Another advantage is that this detection device requires the addition of only one additional current sensor.
Ce dispositif peut avantageusement être complété par une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le capteur de courant est un capteur à effet hall. This device can advantageously be supplemented by one or more of the following characteristics: - the current sensor is a hall effect sensor.
- le capteur de courant est relié à un boîtier de contrôle (Cl, C2, C4, CM).
- the current sensor is connected to a control box (Cl, C2, C4, CM).
- la machine électrique est un alternateur. - the electric machine is an alternator.
- la machine électrique est un alternateur- démarreur. - the electric machine is an alternator-starter.
D'autres but, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est un schéma qui décrit un exemple de réalisation de l'invention
Tel qu'illustré à la figure 1, une machine électrique 1 du type alternateur ou alternateur-démareur est connectée à un réseau électrique A du type 42 volts. Sur ce réseau, sont notamment connectés une batterie 2 Other object, characteristics and advantages of the invention will emerge from the following description, given solely by way of example, and made with reference to the appended drawing in which - Figure 1 is a diagram which describes an exemplary embodiment of the 'invention
As illustrated in FIG. 1, an electrical machine 1 of the alternator or alternator-starter type is connected to an electrical network A of the 42 volt type. On this network, are connected in particular a battery 2
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de 42 volts, des charges 3 fonctionnant sous un tension de 42 volts et un convertisseur 4 de type DC/DC. A titre d'exemple non limitatif, les charges 42 volts peuvent consister en un dispositif complémentaire de chauffage de l'habitacle, des moteurs d'essuyage, un dispositif de commande de soupapes électromagnétiques, une direction électrique assistée etc... of 42 volts, loads 3 operating at a voltage of 42 volts and a converter 4 of the DC / DC type. By way of nonlimiting example, the 42 volt loads may consist of an additional device for heating the passenger compartment, wiping motors, a device for controlling electromagnetic valves, an electric power steering, etc.
La machine électrique 1, selon qu'elle fonctionne en mode alternateur ou en mode alternateur-démarreur respectivement fournit ou reçoit au/du réseau électrique A un courant électrique d'intensité Il. The electric machine 1, depending on whether it operates in alternator mode or in alternator-starter mode respectively supplies or receives to / from the electrical network A an electric current of intensity Il.
La batterie 2 de 42 volts, peut recevoir un courant de charge 12, ou, en cas de besoin des consommateurs, fournir un courant 12. Battery 2 of 42 volts, can receive a charging current 12, or, if consumers need, supply a current 12.
Un convertisseur 3 DC/DC, pour alimenter le réseau secondaire B en 12 volts reçoit un courant 13 qui permet à la fois d'alimenter le convertisseur DC/DC ainsi que fournir le courant nécessaire au réseau B basse tension de 12 Volt. A 3 DC / DC converter, for supplying the secondary network B with 12 volts receives a current 13 which makes it possible both to supply the DC / DC converter as well as to supply the current necessary for the low voltage network B of 12 Volt.
Sur ce réseau secondaire B sont connectés une batterie 6 de 12 volt qui peut recevoir un courant de charge ou fournir de l'énergie pour alimenter les charges basses tension 5. On this secondary network B are connected a 12 volt battery 6 which can receive a charging current or supply energy to supply the low voltage loads 5.
Cette batterie basse tension peut aussi fournir de l'énergie au réseau haute tension par l'intermédiaire du convertisseur DC/DC qui dans ce cas fournira un courant 13 au réseau A haute tension. This low voltage battery can also supply energy to the high voltage network via the DC / DC converter which in this case will supply current 13 to the high voltage network.
Selon l'invention les masses des équipements hautes tension, connectées sur le réseau A de 42 volts, sont connectées en un seul point. Ce point de connexion à la masse peut être réalisé au niveau de la borne B-de la batterie 2 haute tension ou au niveau de la carrosserie According to the invention the masses of the high-voltage equipment, connected to the network A of 42 volts, are connected at a single point. This ground connection point can be made at terminal B-of high-voltage battery 2 or at the body
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du véhicule automobile. Un courant 14 transite alors dans ce fil de masse qui relie les masses de tous les consommateurs électriques haute tension. of the motor vehicle. A current 14 then passes through this ground wire which connects the masses of all the high voltage electrical consumers.
Pour détecter la présence d'un court-circuit électrique sur le réseau, dans le cadre de la présente invention, il est nécessaire de mesurer tous les courants passant dans les différentes branches du réseau électrique. To detect the presence of an electrical short circuit in the network, in the context of the present invention, it is necessary to measure all the currents flowing in the different branches of the electrical network.
Ainsi, pour mesurer chacun des courant Il, 12, 13 et 14 on utilise un capteur de courant tel que par exemple un capteur à effet hall. Chacune des branches du réseau haute tension, par lesquelles circulent les courants Il, 12, 13 et 14, possède un capteur de courant Cl, C2, C3 et C4. Thus, to measure each of the currents Il, 12, 13 and 14, a current sensor is used such as for example a hall effect sensor. Each of the branches of the high voltage network, through which the currents Il, 12, 13 and 14 flow, has a current sensor C1, C2, C3 and C4.
Ces différents capteurs de courant sont reliés à un calculateur tel que par exemple un calculateur de contrôle moteur CM auquel il communique la valeur du courant mesuré. These various current sensors are connected to a computer such as for example a motor control computer CM to which it communicates the value of the measured current.
Le calculateur réalise ensuite la sommation de tous ces courants 11+12+13+14. Si le résultat de cette sommation est nul, cela indique qu'il n'y a pas de fuite de courant. The computer then performs the summation of all these currents 11 + 12 + 13 + 14. If the result of this summation is zero, this indicates that there is no current leakage.
Avantageusement, pour s'affranchir des marges d'erreur dues à l'imprécision des capteurs de courant, on pourra considérer qu'il y a fuite de courant si la valeur absolue de 11+12+13+14 est supérieure à 5 ampères. Cette valeur est donnée à titre indicatif et doit être appréciée en fonction de l'imprécision des capteurs de mesure de courant. Advantageously, to overcome the margins of error due to the imprecision of the current sensors, it may be considered that there is a current leak if the absolute value of 11 + 12 + 13 + 14 is greater than 5 amps. This value is given for information only and must be assessed according to the imprecision of the current measurement sensors.
Dans la pratique, les courants liés à la machine électrique, à la batterie et au convertissuer DC/DC sont déjà connus. Ainsi, les batterie hautes tension sont In practice, the currents associated with the electric machine, the battery and the DC / DC converter are already known. Thus, high voltage batteries are
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dotées d'un boîtier électronique généralement appelé Système de Gestion de la Batterie qui est apte à mesurer le courant batterie 12. Ces système de Gestion de la Batterie sont aptes à réaliser plusieurs fonction telle que par exemple la déconnexion automatique de la batterie la mesure du courant de charge. provided with an electronic box generally called Battery Management System which is able to measure the battery current 12. These Battery Management systems are capable of performing several functions such as for example the automatic disconnection of the battery, the measurement of the charging current.
De même l'alternateur et le convertisseur DC/DC renferment des électroniques aptes à mesurer et communiquer respectivement les courant Il et 13 qui transitent à leurs points de connexion au réseau électrique. Likewise, the alternator and the DC / DC converter contain electronics capable of measuring and communicating respectively the currents Il and 13 which pass through their connection points to the electrical network.
Avantageusement, tous ces boîtiers électroniques sont reliés a un réseau multiplex du type par exemple VAN ou CAN ainsi que le boîtier de contrôle moteur. Advantageously, all of these electronic boxes are connected to a multiplex network of the VAN or CAN type, for example, as well as the engine control box.
Ainsi, il n'est pas nécessaire de tirer des fils supplémentaires
Dans une architecture multiplexée, il n'est plus nécessaire, pour mesurer les courants Il, 12 et 13, d'utiliser des capteurs de courant spécifiques comme décrit précédement, ces mesures étant réalisée par leurs boîtiers multifonctions associés. Il n'est donc plus nécessaire d'utiliser des capteurs de courant individuels Cl, C2 et C4. So there is no need to pull additional wires
In a multiplexed architecture, it is no longer necessary, to measure the currents 11, 12 and 13, to use specific current sensors as described above, these measurements being carried out by their associated multifunction boxes. It is therefore no longer necessary to use individual current sensors Cl, C2 and C4.
Pour mesurer le courant 14, une solution économique selon l'invention consiste à relier toutes les masses des consommateurs du réseau haute tension A. De par la l'architecture des véhicules automobiles, tous ces consommateurs haute-tension sont placés sous le capot moteur ou dans un environnement extrêmement proche de celui-ci. Ainsi, pour relier tous les fils de masse des consommateurs hautes tension, il sera nécessaire de connecter les fils de masse de faibles longueur étant To measure current 14, an economical solution according to the invention consists in connecting all the masses of consumers of the high voltage network A. By the architecture of motor vehicles, all these high voltage consumers are placed under the engine hood or in an environment extremely close to it. Thus, to connect all the ground wires of high voltage consumers, it will be necessary to connect the ground wires of short length being
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donné que ces consommateurs haute tension sont tous proches les uns des autres. given that these high voltage consumers are all close to each other.
Bien évidemment, il est possible de transposer ces mesures de courant au réseau basse tension B pour détecter les court-circuit sur ce réseau. Toutefois, la mise en oeuvre de cette mesure au réseau basse tension B exigerait l'emploi de fils de masse d'une grande longueur. En effet, ces consommateurs basse-tension sont généralement répartis aux quatre coin du véhicule, tel que par exemple le feux de signalisation. Obviously, it is possible to transpose these current measurements to the low voltage network B to detect short-circuits on this network. However, the implementation of this measure in the low voltage network B would require the use of ground wires of great length. Indeed, these low-voltage consumers are generally distributed at the four corners of the vehicle, such as for example the traffic lights.
La présente invention apporte donc un avantage tout particulier pour la détection des court-circuit dans le cadre d'un réseau bi-tension. En effet, en se limitant à la mesure des courants qui transitent sur le réseau haute tension A on obtient une solution efficace à faible coût. En effet, on utilise les boîtiers électroniques existants qui sont éventuellement reliés à un réseau multiplex associé à une mesure du courant de masse des charges hautes tension 14 qui demande une mise en oeuvre de faible coût grâce à leurs localisation rapprochée. The present invention therefore provides a very particular advantage for the detection of short circuits in the context of a dual-voltage network. Indeed, by limiting itself to the measurement of the currents which flow on the high voltage network A, an effective solution is obtained at low cost. In fact, existing electronic boxes are used which are possibly connected to a multiplex network associated with a measurement of the ground current of the high voltage loads 14 which requires low cost implementation thanks to their close location.
Avec cette méthode, il est ainsi possible de détecter les court-circuits entre les réseaux 42 volts et 12 volts ainsi qu'entre les réseau 42 volts et la masse par l'adjonction supplémentaire d'un seul capteur de courant supplémentaire monté sur le point que relie toutes les masses des consommateurs hautes tension reliés entre eux par un cablage présentant une longueur de fil économiquement admissible dans le domaine de l'industrie automobile. With this method, it is thus possible to detect short circuits between 42-volt and 12-volt networks as well as between 42-volt networks and ground by the additional addition of a single additional current sensor mounted on the point that connects all the masses of high voltage consumers connected to each other by a cable having an economically acceptable length of wire in the field of the automotive industry.
Le fil de masse qui relie tous les consommateurs haute tension peut être connecté sur le chassis de The ground wire which connects all high voltage consumers can be connected to the chassis
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l'automobile. Dans ce cas, il est nécessaire d'utiliser un capteur de courant, par exemple a effet hall qui sera lui même relier à un quelconque boîtier électronique de contrôle par exemple par une liaison filaire ou par le réseau Can. the automobile. In this case, it is necessary to use a current sensor, for example a hall effect which will itself be connected to any electronic control unit, for example by a wired link or by the Can network.
Si la somme des courants 11+12+13+14 est non nulle ou la valeur absolue de cette somme est supérieure à une valeur représentative de l'erreur de mesure des courants tolérable, alors le boîtier qui à la charge de la fonction de détecter ce court-circuit peut par exemple, pour éviter l'incendie du véhicule, émettre un ordre via le réseau multiplex, au boîtier qui assure la gestion de la batterie. Ces boîtiers comportent généralement un interrupteur qui assure la déconnextion automatique de la batterie. Ainsi, lorsque un court-circuit est détecté, un ordre de déconnexion de la batterie haute tension peut être donné préservant ainsi le véhicule d'un éventuel incendie. If the sum of the currents 11 + 12 + 13 + 14 is not zero or the absolute value of this sum is greater than a value representative of the tolerable measurement error of the currents, then the box which is responsible for detecting this short circuit can, for example, to avoid vehicle fire, issue an order via the multiplex network, to the box which manages the battery. These boxes generally include a switch which automatically disconnects the battery. Thus, when a short circuit is detected, an order to disconnect the high voltage battery can be given, thereby protecting the vehicle from a possible fire.
Cette invention présente un intérêt tout particulier dans le cas des réseaux hautes tension du type 42 volt qui présentent des conséquences plus importantes que sur un réseau basse tension de type 12 volts en cas de court-circuit. This invention is of particular interest in the case of high voltage networks of the 42 volt type which have greater consequences than on a low voltage network of the 12 volt type in the event of a short circuit.
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