FR2996963A1

FR2996963A1 - Interrupteur de puissance

Info

Publication number: FR2996963A1
Application number: FR1259692A
Authority: FR
Inventors: Cruz Pereira Serge Da; Eric Mizwicki; Bernard Boucly
Original assignee: Technoboost SAS
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2014-04-18
Anticipated expiration: 2032-10-11
Also published as: FR2996963B1

Abstract

L'invention concerne un Interrupteur de puissance (3) pour une architecture électrique (1) fournissant un courant d'alimentation à des éléments électriques d'un réseau de bord (7) d'un véhicule comprenant : - une banque de transistors (9) pour diriger le courant d'alimentation aux éléments électriques ; et - des moyens de détection (11) pour détecter une augmentation de l'impédance de la banque de transistors (9). Interrupteur de puissance (3) est caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de déviation (13), le courant d'alimentation étant dévié à travers les moyens de déviation (13) vers les éléments électriques lorsqu'une augmentation de l'impédance est détectée.

Description

INTERRUPTEUR DE PUISSANCE La présente invention concerne de manière générale un interrupteur de puissance pour un véhicule, et plus particulièrement un interrupteur de puissance pour une architecture électrique fournissant un courant d'alimentation aux éléments électriques d'un réseau de bord d'un véhicule.

Les appareils DMTR (dispositif de maintien tension réseau) incluent des interrupteurs à base de transistors à effet de champ à grille isolée MOSFETs (en anglais, metal oxide semiconductor field effect transistor) permettant d'alimenter les éléments électriques d'un véhicule en courant lorsqu'ils ne sont pas en défaut. Toutefois, la détection de la destruction partielle de l'interrupteur n'est pas satisfaisante car cette détection est trop imprécise. En outre, il n'existe pas de chemin secondaire d'alimentation véhicule en cas de destruction totale en circuit ouvert. De surcroît, le diagnostic en phase de moteur non-tournant n'est pas satisfaisant car le courant mesuré n'est pas en phase avec la tension aux bornes des transistors MOS. Les appareils DMTC (dispositif de maintien tension centralisé) comprennent aussi des interrupteurs à base de transistors à effet de champ à grille isolée (MOSFETs). Toutefois, la perte des transistors MOSFETs en circuit fermé engendre la perte de tout le calculateur par la mise à la masse de ses tensions d'alimentation internes. De plus, la destruction totale de l'interrupteur en circuit ouvert conduit à l'utilisation d'un chemin secondaire de dérivation nécessitant une reconfiguration véhicule. En outre, la détection du défaut « interrupteur en circuit ouvert » est dépendante d'un organe externe relié au calculateur. De surcroît, la détection d'une augmentation d'impédance inférieure à l'infini se fait en utilisant un autre organe et est donc dépendante des dégradations non-diagnosticables de celui-ci. De plus, la détection du défaut « interrupteur en circuit ouvert ou impédant » ne peut se faire que dans des conditions ou le moteur thermique est tournant. En outre, la détection de la perte ou de la dégradation de la banque de transistors MOS ne peut se faire que dans certaines phases de vie véhicule. Le brevet FR2970094 décrit un dispositif pour alimenter un réseau de bord en énergie électrique comprenant une pluralité de convertisseurs 5 entrelacés. Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients mentionnés ci-dessus et, en particulier, de proposer un interrupteur de puissance pour un véhicule qui détecte rapidement un défaut de la banque de transistors et continue à assurer l'alimentation en énergie électrique des 10 équipements du véhicule. Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un interrupteur de puissance pour une architecture électrique fournissant un courant d'alimentation à des éléments électriques d'un réseau de bord d'un véhicule, comprenant : 15 - une banque de transistors pour diriger le courant d'alimentation aux éléments électriques ; et - des moyens de détection pour détecter une augmentation de l'impédance de la banque de transistors ; caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de déviation, le 20 courant d'alimentation étant dévié à travers les moyens de déviation vers les éléments électriques lorsqu'une augmentation de l'impédance est détectée. Un tel interrupteur de puissance détecte rapidement un défaut de la banque de transistors et assure l'alimentation en énergie électrique des équipements du véhicule en utilisant des moyens de déviation qui dévient le 25 courant d'alimentation de la banque de transistors vers les équipements du véhicule. De manière très avantageuse, les moyens de déviation sont reliés en parallèle avec la banque de transistors.

Une réalisation particulièrement intéressante consiste en ce que les moyens de détection sont reliés en parallèle avec la banque de transistors. De manière avantageuse, les moyens de détection sont configurés pour détecter une augmentation de l'impédance de la banque de transistors 5 à une valeur prédéterminée ou au-delà de cette valeur prédéterminée. De manière avantageuse, les moyens de détection sont en outre configurés pour commander l'activation des moyens de déviation après une durée de temps prédéterminée afin d'éviter de fausses détections. De manière très avantageuse, les moyens de déviation incluent un 10 relais électromécanique. De manière très avantageuse, les moyens de détection comprennent une diode de puissance et un mesureur de courant, comme par exemple un shunt. De manière très avantageuse, l'impédance combinée du mesureur de 15 courant et de la diode de puissance est supérieure à l'impédance du relais électromécanique. Selon un deuxième aspect, la présente l'invention concerne une architecture électrique pour fournir un courant d'alimentation aux éléments électriques d'un réseau de bord d'un véhicule comprenant l'interrupteur de 20 puissance tel que défini ci-dessus. Selon un troisième aspect, la présente l'invention concerne un véhicule automobile comprenant l'architecture électrique ou l'interrupteur de puissance tel que défini ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 25 apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : - la Figure 1 illustre une architecture électrique pour fournir un courant d'alimentation aux éléments électriques d'un réseau de bord d'un véhicule comprenant l'interrupteur de puissance selon la présente invention ; - la Figure 2 illustre l'interrupteur de puissance selon la présente 5 invention ; - la Figure 3A illustre un exemple d'une réalisation analogique de la détection d'un défaut d'une banque de transistors selon la présente invention ; - la Figure 3B illustre un exemple d'une réalisation analogique de la 10 mémorisation d'un défaut de la banque de transistors selon la présente invention ; - la Figure 4 montre le fonctionnement de l'interrupteur de puissance selon la présente invention dans une architecture électrique fournissant un courant d'alimentation au réseau de bord d'un véhicule lors d'une ouverture 15 totale non-désirée de la banque de transistors ; - la Figure 5 illustre l'architecture électrique fournissant un courant d'alimentation au réseau de bord d'un véhicule comprenant l'interrupteur de puissance selon la présente invention dont le fonctionnement est illustré dans la Figure 4 ; 20 - la Figure 6 montre le fonctionnement de l'interrupteur de puissance selon la présente invention dans une architecture électrique fournissant un courant d'alimentation au réseau de bord d'un véhicule lorsque la banque de transistors est en défaut avec une impédance de 0,50 ; et - la Figure 7 montre le fonctionnement de l'interrupteur de puissance 25 selon la présente invention dans une architecture électrique fournissant un courant d'alimentation au réseau de bord d'un véhicule lors d'une destruction en circuit ouvert de la banque de transistors et lorsque la consommation véhicule augmente à 120A.

La Figure 1 illustre une architecture électrique 1 pour fournir un courant d'alimentation aux éléments électriques d'un réseau de bord d'un véhicule incluant un interrupteur de puissance 3 selon la présente invention. L'architecture électrique 1 comprend l'interrupteur de puissance 3, 5 une source d'énergie 5 et un réseau de bord 7 d'un véhicule. Le réseau de bord 7 est relié électriquement à la source d'énergie 5 par l'intermédiaire de l'interrupteur de puissance 3. La source d'énergie 5 est par exemple une batterie telle qu'une batterie électrochimique, ou un supercondensateur. Elle est reliée à une 10 masse M. Le réseau de bord 7 inclut des éléments électriques du véhicule tels que des calculateurs et des équipements électriques, par exemple, des équipements de confort, les organes sécuritaires ainsi que les autres équipements électriques n'entrant pas dans les catégories précédemment 15 citées. L'interrupteur de puissance 3 comprend une banque de transistors 9 pour diriger le courant d'alimentation fourni par la batterie 5 aux éléments électriques du réseau de bord 7 du véhicule, des moyens de détection 11 pour détecter une augmentation de l'impédance de la banque de transistors 20 9 et des moyens de déviation 13 pour dévier le courant d'alimentation de la banque de transistors 9 vers les éléments électriques du réseau de bord 7 lorsque l'augmentation de l'impédance est détectée. Le réseau de bord 7 est relié électriquement à la source d'énergie 5 par l'intermédiaire de la banque de transistors 9. 25 La banque de transistors 9 comprend, par exemple, quatre transistors à effet de champ à grille isolée MOSFET (la banque peut comprendre quatre à six transistors suivant les puissances demandées) et permet l'alimentation générale du réseau de bord du véhicule. La banque de transistors 9 est maintenue fermée ou ouverte suivant les besoins des éléments électriques 30 du véhicule. L'architecture électrique 1 comprend en outre un premier contrôleur 15 pour gérer l'ouverture et la fermeture des transistors de la banque de transistors 9. Les moyens de déviation incluent un relais électromécanique pour dévier le courant d'alimentation de la banque de transistors 9 vers les éléments électriques du réseau de bord 7 lorsqu'une augmentation de l'impédance de la banque de transistors 9 est détectée. Le relais électromécanique est, par exemple, un relais électromécanique à deux contacts SPDT (single pole double throw). Le relais électromécanique est relié en parallèle avec la banque de transistors 9.

Le relais électromécanique est alimenté en énergie électrique par les moyens de détection 11 pour qu'il reste en position ouverte lorsque la banque de transistors 9 n'est pas en défaut. Le relais électromécanique n'est plus alimenté en énergie électrique par les moyens de détection 11 et fermé lorsque la banque de transistors 9 est en défaut. Il est fermé en cas d'endormissement de l'interrupteur de puissance ou en cas de disparition d'alimentation de l'interrupteur de puissance. Les moyens de détection 11 sont configurés pour détecter une augmentation de l'impédance de la banque de transistors 9 à une valeur prédéterminée ou au-delà de cette valeur prédéterminée.

Les moyens de détection 11 comprennent une diode de puissance 17 et un mesureur de courant 19, par exemple de type shunt, reliés en série. La diode de puissance 17 et le mesureur de courant 19 sont reliés en parallèle avec la banque de transistors 9. L'impédance combinée du mesureur de courant et de la diode de puissance est supérieure à l'impédance du relais électromécanique. Les moyens de détection 11 sont configurés pour détecter un courant dans le mesureur de courant et pour fermer le relais électromécanique lorsque le courant dans le mesureur de courant est détecté. Les moyens de détection 11 comprennent un comparateur 21, un filtre 30 passe bas 23, des moyens de remise en forme 25 du signal reçu du filtre passe bas 23, des moyens de mémorisation de la détection 27 tels qu'une bascule D, des moyens de remise en forme 29 du signal de fermeture transmis par la bascule D et des moyens d'alimentation en énergie 31 du relais électromécanique.

Le comparateur 21 est relié au mesureur de courant 19 et apte à recevoir une valeur de la tension créée aux bornes du mesureur de courant correspondant au courant traversant celui-ci. Le comparateur 21 est apte à comparer la valeur du courant à une valeur de tension de référence. Lorsque la valeur de la tension crée aux bornes du mesureur de courant est supérieure à la valeur de tension de référence, le comparateur 21 transmet un signal de détection de défaut au filtre passe bas 23. Le filtre passe bas 23 est apte à fournir le signal de détection de défaut aux moyens de remise en forme 25 après une durée de temps prédéterminée afin d'éviter des fausses détections. Le filtre passe bas 23 est configuré pour fournir le signal de détection de défaut aux moyens de remise en forme 25 lorsque le signal de détection de défaut est présenté pendant une durée, par exemple, d'au moins 90ms. Ensuite, le signal de détection de défaut est fourni aux moyens de remise en forme 25 (par exemple, un amplificateur) et transmis à la bascule 20 D par les moyens de remise en forme 25. La bascule D est apte à recevoir le signal de détection de défaut et à mémoriser la détection d'un défaut de la banque de transistors 9. La bascule D est en outre apte à envoyer un signal de fermeture du relais électromécanique, par l'intermédiaire des moyens de remise en forme 29 du 25 un signal de fermeture (par exemple, un amplificateur), aux moyens d'alimentation en énergie 31 du relais électromécanique lorsque la détection d'un défaut de la banque de transistors 9 est mémorisé. Les moyens d'alimentation en énergie 31 du relais électromécanique sont aptes à arrêter l'alimentation en énergie du relais électromécanique afin 30 de fermer le relais lorsque le signal de fermeture est reçu de la bascule D.

Les moyens d'alimentation en énergie 31 sont configurés pour alimenter le relais électromécanique en énergie électrique pour qu'il reste en position ouverte en absence du signal de fermeture et lorsque la banque de transistors 9 n'est pas en défaut.

La bascule D est utilisée afin de pouvoir garder l'état de fermeture actif sur le relais électromécanique. L'état de non-alimentation de ce dernier est maintenu pour s'assurer de la déviation totale du courant de consommation fourni par la batterie dans le relais électromécanique et au réseau de bord. Le relais électromécanique devient alors le chemin le moins impédant possible. L'architecture électrique 1 comprend en outre un deuxième contrôleur 33 pour effectuer une réinitialisation du relais électromécanique. L'opération de l'interrupteur de puissance 3 selon la présente invention sera maintenant décrite.

La banque de transistors 9 voit passer le courant d'alimentation du réseau de bord du véhicule dans la plupart des cas de vie. En cas d'augmentation d'impédance non-désirée de la banque de transistors 9, une partie du courant de consommation du véhicule fourni par la batterie est déviée dans la diode 17 et le mesureur de courant 19.

Lorsque le courant dévié dans le mesureur de courant 19 et la diode de puissance 17 atteint une valeur, par exemple, de l'ordre de 5A, cela signifie que la banque de transistors 9 ne peut plus assurer la fonction d'interrupteur basse impédance qui lui est demandée. La tension ainsi créée aux bornes du mesureur de courant 19 fait alors basculer la sortie du comparateur 21 au niveau haut. Pour être considérée comme valide par le filtre passe bas 23, cette détection de défaut doit être présente pendant une durée, par exemple, d'au moins 90ms. Une fois ce défaut validé par le filtre passe bas 23, le signal de détection de défaut est transmis à la bascule D afin de fermer le relais électromécanique par l'arrêt de son alimentation.

Le but est alors atteint de détecter rapidement que la banque de transistors 9 est en défaut et de réaliser la continuité de l'alimentation des éléments électriques du véhicule quelle que soit la situation de vie du véhicule. L'alimentation des équipements sécuritaires est ainsi assurée.

La Figure 3A illustre un exemple d'une réalisation analogique de la chaine de détection d'un défaut de la banque de transistors (le comparateur 21, le filtre passe bas 23 et les moyens de remise en forme 25 du signal reçu du filtre passe bas 23). La Figure 3B illustre un exemple d'une réalisation analogique de la 10 mémorisation du défaut de la banque de transistors (la bascule D et les moyens de remise en forme 29 du signal de fermeture transmis par la bascule D). La Figure 4 montre le fonctionnement de l'interrupteur de puissance selon la présente invention dans une architecture électrique fournissant un 15 courant d'alimentation au réseau de bord d'un véhicule lors d'une ouverture totale non-désirée de la banque de transistors. La tension d'entrée côté batterie est à 11V et la consommation véhicule est de 5,5A. La Figure 5 illustre l'architecture électrique fournissant un courant d'alimentation au réseau de bord d'un véhicule comprenant l'interrupteur de 20 puissance selon la présente invention dont le fonctionnement est illustré dans la Figure 4. La Figure 6 montre le fonctionnement de l'interrupteur de puissance selon la présente invention dans une architecture électrique fournissant un courant d'alimentation au réseau de bord d'un véhicule lorsque la banque de 25 transistors est en défaut avec une impédance de 0,50. La tension d'entrée côté batterie est à 14V et la consommation véhicule est de 5,5A. La Figure 7 montre le fonctionnement de l'interrupteur de puissance selon la présente invention dans une architecture électrique fournissant un courant d'alimentation au réseau de bord d'un véhicule lors d'une destruction - 10 - en circuit ouvert de la banque de transistors et lorsque la consommation véhicule augmente à 120A. La tension d'entrée côté batterie est à 14V. Pour assurer pleinement sa fonction sureté de fonctionnement, l'interrupteur de puissance 3 est câblé dans l'architecture électrique 1 de la manière illustrée sur les Figures 1 et 2 en utilisant des connecteurs Cl, C2 pour pouvoir continuer à assurer la continuité de connexion en cas de perte de liaison d'un connecteur Cl. On comprendra que diverses modifications et / ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées. Par exemple, il n'est pas nécessaire que les moyens de détection 11 comprennent un filtre passe bas 23 et/ou des moyens de remise en forme 25 du signal reçu du filtre passe bas 23 et des moyens de remise en forme 29 du signal de fermeture transmis par la bascule D.

Claims

REVENDICATIONS1. Interrupteur de puissance (3) pour une architecture électrique (1) fournissant un courant d'alimentation à des éléments électriques d'un réseau de bord (7) d'un véhicule, comprenant : - une banque de transistors (9) pour diriger le courant d'alimentation aux éléments électriques ; et - des moyens de détection (11) pour détecter une augmentation de l'impédance de la banque de transistors (9) ; caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de déviation (13), le 10 courant d'alimentation étant dévié à travers les moyens de déviation (13) vers les éléments électriques lorsqu'une augmentation de l'impédance est détectée.
2. Interrupteur de puissance (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de déviation (13) sont reliés en parallèle 15 avec la banque de transistors (9).
3. Interrupteur de puissance (3) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de détection (11) sont reliés en parallèle avec la banque de transistors (9).
4. Interrupteur de puissance (3) selon l'une quelconque des 20 revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détection (11) sont configurés pour détecter une augmentation de l'impédance de la banque de transistors (9) à une valeur prédéterminée ou au-delà de cette valeur prédéterminée.
5. Interrupteur de puissance (3) selon l'une quelconque des 25 revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détection (11) sont en outre configurés pour commander l'activation des moyens de déviation (13) après une durée de temps prédéterminée afin d'éviter de fausses détections.-12-
6. Interrupteur de puissance (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de déviation (13) incluent un relais électromécanique.
7. Interrupteur de puissance (3) selon l'une quelconque des 5 revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détection (11) comprennent une diode de puissance (17) et un mesureur de courant (19).
8. Interrupteur de puissance (3) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'impédance combinée du mesureur de courant (19) et 10 de la diode de puissance (17) est supérieure à l'impédance du relais électromécanique.
9. Architecture électrique (1) pour fournir un courant d'alimentation aux éléments électriques d'un réseau de bord (7) d'un véhicule comprenant l'interrupteur de puissance (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 8.
10. Véhicule automobile comprenant l'architecture électrique (1) selon la revendication précédente ou l'interrupteur de puissance (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 20