FR3014594A1

FR3014594A1 - Coupe-circuit pyrotechnique

Info

Publication number: FR3014594A1
Application number: FR1362296A
Authority: FR
Inventors: Francois Gaudinat
Original assignee: NCS Pyrotechnie et Technologies SAS
Current assignee: Autoliv Development AB
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2015-06-12
Anticipated expiration: 2033-12-09
Also published as: FR3014594B1

Abstract

Coupe-circuit pyrotechnique comprenant : - un boîtier (10), - une première portion (20) d'un premier circuit électrique, - au moins une deuxième portion (30) d'un deuxième circuit électrique, - un piston (40) mobile dans le boîtier (10), entre une première position et une deuxième position, et agencé pour rompre la première portion (20) et ladite au moins une deuxième portion (30) lors de son passage de la première position vers la deuxième position, - un actionneur pyrotechnique agencé pour faire passer le piston (40) de la première vers la deuxième position, caractérisé en ce que, lorsque le piston (40) est dans la deuxième position, le boîtier (10) et le piston (40) sont agencés pour former au moins une chambre de coupure (60) dans laquelle débouche une seule de l'une de la première portion (20) ou de ladite au moins une deuxième portion (30).

Description

14 5 94 1 COUPE-CIRCUIT PYROTECHNIQUE La présente invention concerne de manière générale un coupe-circuit pyrotechnique agencé pour faire partie d'un dispositif de distribution de courant électrique pour un véhicule automobile, et en particulier un véhicule électrique.

Il est connu dans l'art antérieur des dispositifs coupe-circuit pyrotechnique, en particulier celui présenté par le document DE102010045726, qui comprend une première portion d'une premier circuit électrique et une deuxième portion d'un deuxième circuit électrique, qui peut être un circuit de commande relié à une carte électronique et le premier circuit électrique étant quant à lui un circuit de puissance relié à des stockeurs d'énergie électrique. En contrepartie, ce système présente notamment un risque élevé de court circuit ente les deux circuits, en particulier lors de la rupture imposée par un piston. Le circuit de puissance peut être mis en contact avec le circuit de commande qui risque alors d'être endommagé si le circuit de puissance est relié à plusieurs stockeurs d'énergie comme des batteries ou des super condensateurs, qui peuvent délivrer instantanément une grande puissance électrique que ne peut pas supporter le circuit de commande. On peut également noter que la coupure du circuit de puissance peut conduire à générer des arcs électriques qui provoqueront un court circuit entre les deux circuits et/ou maintiendront une continuité électrique indésirable, même après coupure physique des portions de circuit. Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients des documents de l'art antérieur mentionnés ci-dessus et en particulier, tout 25 d'abord, de proposer un coupe-circuit qui réduit les risques de mise en court circuit entre deux circuits qu'il doit couper.

Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un coupe-circuit pyrotechnique comprenant : - un boîtier, - une première portion d'un premier circuit électrique, 5 - au moins une deuxième portion d'un deuxième circuit électrique, - un piston mobile dans le boîtier, entre une première position et une deuxième position, et agencé pour rompre la première portion et ladite au moins une deuxième portion lors de son passage de la première position vers la deuxième position, 10 - un actionneur pyrotechnique agencé pour faire passer le piston de la première vers la deuxième position, caractérisé en ce que, lorsque le piston est dans la deuxième position, le boîtier et le piston sont agencés pour former au moins une chambre de coupure dans laquelle débouche une seule de l'une de la première portion ou 15 de ladite au moins une deuxième portion. Ladite au moins une chambre (une enceinte fermée) formée par le piston et le boîtier a pour principal effet de prévenir tout contact électrique entre la seule de la première portion ou de ladite au moins une deuxième portion qu'elle contient et/ou qui débouche dans ladite au moins une chambre, et tout autre élément conducteur du reste 20 du coupe-circuit. Ainsi, les risques de court circuit sont limités, malgré le fait qu'il n'y a qu'un piston. Il est possible avec ce coupe-circuit de faible encombrement (car il n'y a qu'un seul piston) de réduire fortement le risque de court circuit entre les deux portions de circuits électriques, grâce à la présence de la chambre de coupure. On comprend que une seule des deux 25 portions débouche dans ladite au moins une chambre, ce qui veut dire qu'un conducteur électrique de ladite portion peut être partiellement contenu, affleurer sur l'une des parois de la chambre, et que ce conducteur est sous tension même après coupure si le coupe-circuit est relié aux deux circuits électriques sous tension. Cette mise en oeuvre confine donc dans ladite au 30 moins une chambre les conducteur électriques d'une des deux portions pour les isoler du reste des éléments du coupe-circuit, et notamment l'autre portion. Par exemple, un arc électrique généré par la portion qui débouche dans la chambre sera contenu dans la chambre. Avantageusement, le premier circuit électrique présente une première puissance électrique supérieure à une deuxième puissance électrique du deuxième circuit, et dans lequel la première portion débouche dans ladite au moins une chambre de coupure. Il est avantageux de prévoir que la chambre de coupure renferme le circuit de forte puissance, pour limiter le risque de contact de ce circuit avec le reste du coupe-circuit. Avantageusement, le piston, lorsqu'il est dans la deuxième position, est agencé pour recouvrir une zone de rupture de ladite au moins une deuxième portion. La zone de rupture de la deuxième portion est par définition encore reliée électriquement au reste du deuxième circuit électrique, et la recouvrir permet d'éviter qu'elle n'entre en contact avec d'autres éléments conducteurs (le premier circuit électrique ou une masse par exemple) ou qu'un arc puisse s'établir entre toute partie de la première portion et une zone de rupture de la deuxième portion. Avantageusement, le piston, lorsqu'il est dans la deuxième position, est agencé pour recouvrir une zone de rupture de ladite au moins une première portion. On limite encore le risque de génération et/ou propagation 20 d'arc électrique. Avantageusement, lorsque le piston est dans la deuxième position, le piston et le boîtier sont agencés pour former au moins deux chambres de coupure distinctes, renfermant chacune une partie rompue de l'une de la première portion ou de ladite au moins une deuxième portion. 25 Avantageusement, le piston comprend deux surfaces de coupure distinctes chacune agencée pour rompre l'une de la première portion ou de ladite au moins une deuxième portion. Cela permet de pouvoir envisager une découpe sensiblement simultanée de la première portion du premier circuit électrique et de la au moins une deuxième portion du deuxième circuit 30 électrique.

Avantageusement, l'une des surfaces de coupures fait partie d'un index agencé pour empêcher une rotation du piston autour d'un axe de coulissement dans le boîtier. La rupture effectuée par le piston sera mieux maîtrisée.

Avantageusement, les deux surfaces de coupure sont distantes de 4 millimètres au moins, dans une direction de déplacement du piston. Avantageusement, ladite au moins une deuxième portion comprend un pont, deux branches surmoulées dans le boîtier, entre lesquelles se trouve le pont, et le piston est agencé pour sectionner le pont au niveau de sa jonction avec chaque branche surmoulée. Une longueur complète du deuxième circuit est découpée : l'effet d'antenne est limité, et la rupture du contact est plus franche. De plus, un arc électrique devra se former sur une plus grande longueur pour relier les deux zones de coupure du deuxième circuit. La sureté de coupure est améliorée. Par ailleurs, le deuxième circuit étant un circuit de commande (de faible puissance donc), il est de faibles dimensions, donc flexible. Le surmoulage limite cette flexion naturelle et favorise une rupture franche et une coupe nette. Enfin, lorsque le piston est dans la deuxième position, il est agencé pour recouvrir les deux zones de rupture de ladite au moins une deuxième portion, le piston est en intime contact ou sans jeu avec les deux zones de rupture de ladite au moins une deux ce qui a pour effet de limiter encore la possibilité d'établissement d'un arc électrique entre toute partie de la première portion et une des zones de rupture de la deuxième portion. Avantageusement, le pont est recouvert d'une matière isolante. Ainsi, 25 les risques de connexion électrique sont limités. Avantageusement, le pont sectionné présente une longueur et/ou une épaisseur déterminée(s) pour être trop faible(s) pour relier la deuxième portion avec la première portion, lorsque le piston est dans la deuxième position, et/ou pour rétablir une continuité électrique de la première portion.

Le pont sectionné, qui est pièce libre dans le coupe-circuit une fois qu'il a été activé, ne peut rétablir de connexion électrique de manière intempestive. Avantageusement, le piston comprend une partie distale et une partie proximale, la partie proximale étant agencée pour couper ladite au moins une 5 deuxième portion, et la partie proximale est agencée pour présenter, dans la deuxième position, un jeu avec le boîtier inférieur à un jeu entre la partie distale et le boîtier. La partie proximale (celle proche de l'allumeur pyrotechnique) présente moins de jeu, c'est-à-dire qu'elle va former une isolation électrique efficace entre la chambre de coupure et le deuxième 10 circuit recouvert sera plus difficilement mis en contact par un arc électrique avec la première portion. Avantageusement, ce jeu de la partie proximale peut être nul et/ou négatif de manière à ce que la zone proximale se trouve dans la deuxième position, bloquée dans le boitier. Cela réduit encore le risque d'établissement d'un contact par arc électrique avec la première 15 portion. Avantageusement, le boîtier et le piston sont agencés pour isoler l'une de la première portion ou de ladite au moins une deuxième portion d'un arc électrique créé par la coupure de l'autre de la première portion ou de ladite au moins une deuxième portion. 20 Avantageusement, le boîtier et le piston sont agencés pour former une barrière aux gaz entre les deux chambres de coupure. Le passage de gaz ionisés entre les deux chambres de coupure est limité, ce qui empêche un court circuit par un arc électrique. Avantageusement, le piston est agencé pour couper la première 25 portion après une première course depuis la première position, et en ce que le piston est agencé pour couper ladite au moins une deuxième portion après une deuxième course depuis la première position, la deuxième course étant supérieure à la première course. Cet agencement permet de séquencer l'ouverture des circuits électrique et garantir que lorsque l'on ouvre le deuxième circuit électrique, le premier est déjà ouvert, ce qui offre un moyen de vérification de l'ouverture du premier circuit. Avantageusement, le séquençage de rupture de la première portion et de ladite au moins une deuxième portion est défini par une distance entre la surface de coupure de la première portion et la surface de coupure de ladite au moins une deuxième portion. On peut prévoir de rompre simultanément les deux portions, ou d'abord la première portion, ou encore d'abord la deuxième portion, il suffit de configurer le piston en fonction de la stratégie de coupure souhaitée. Avantageusement la première portion de puissance électrique supérieure à la puissance électrique de la deuxième portion et donc de section plus importante que celle de la au moins une deuxième portion est située suivant l'axe de déplacement du piston et de manière sensiblement symétrique à celui-ci alors que la au moins une deuxième portion est décalée par rapport à ce même axe. Par cette implantation, le piston est moins déséquilibré lors de la rupture de la au moins une deuxième portion ce qui à pour effet d'améliorer la robustesse de fonctionnement du dispositif. Avantageusement, le piston est réalisé avec un matériau isolant. Avantageusement, le boîtier comprend un évent agencé pour libérer 20 de l'air comprimé dans la chambre de coupure comprenant la partie rompue de la première portion. Avec un tel évent, la pression n'augmente pas, ce qui supprime un risque de recul du piston. Un second aspect de l'invention est un dispositif de distribution de courant comprenant au moins un coupe-circuit selon le premier aspect de 25 l'invention. Un dernier aspect de l'invention est un véhicule automobile comprenant au moins un coupe-circuit selon le premier aspect de l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 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 représente un coupe-circuit selon l'invention en vue isométrique ; - les figures 2a et 2b représente le coupe-circuit de la figure 1 en coupe selon un plan vertical, respectivement avant et après fonctionnement ; - la figure 3 représente le coupe-circuit de la figure 1 en coupe selon un plan horizontal, avant fonctionnement. La figure 1 représente un coupe-circuit selon la présente invention, qui 10 comprend un boîtier 10, une première portion 20 d'un premier circuit électrique, une deuxième portion 30 d'un deuxième circuit électrique, et un allumeur pyrotechnique 50 dont on voit les broches de connexion. Typiquement, la première portion 20 fait partie d'un premier circuit électrique pouvant être soumis à des tensions allant de OV à 400V et des 15 courants allant de OV à 1500A, tandis que la deuxième portion 30 est raccordée à un deuxième circuit pouvant être soumis à des tensions allant de OV à 48V et des courants allant de OA à 10A. L'invention a donc pour but de limiter les risques de court circuit entre la première portion 20 et la deuxième portion 30, car cela pourrait 20 endommager au moins le deuxième circuit électrique. La figure 2a représente le coupe-circuit de la figure 1 en coupe selon un plan vertical parallèle au plan contenant les axes x et z de la figure 1, et avant fonctionnement. Le boîtier 10 comprend un piston 40 agencé pour pouvoir coulisser 25 dans le boîtier 10 selon la direction x, sous l'action de gaz libérés par l'allumeur pyrotechnique 50.

Tel que représenté à la figure 2a, l'allumeur 50 n'a pas encore fonctionné, et le piston 40 est donc dans une première position, en appui sur l'allumeur 50. Tel que représenté à la figure 2b, l'allumeur 50 a fonctionné, et le 5 piston 40, sous l'action des gaz libérés par l'allumeur, est passé dans une deuxième position, en fin de course. Lors du passage de la première position à la deuxième position, le piston 40 est agencé pour rompre la première portion 20 du premier circuit électrique et la deuxième portion 30 du deuxième circuit électrique. 10 A cet effet, au sommet du piston 40 est formée une surface de coupure 41 au dessus de laquelle se trouve une partie libre 21 de la première portion du premier circuit électrique, que la surface de coupure 41 est agencée pour rompre lorsque le piston 40 passe de la première position à la deuxième position. 15 De la même manière, sur la partie de droite du piston 40 se trouve une surface de coupure 42 au dessus de laquelle se trouve un pont 31 de la deuxième portion 30 du deuxième circuit électrique, que la surface de coupure 42 est agencée pour rompre lorsque le piston 40 passe de la première position à la deuxième position. 20 Lorsque le piston 40 est dans la deuxième position, comme représenté à la figure 2b, la partie libre 21 de la première portion 20 est rompue, comme le montre l'absence de hachures dans sa section, et le pont 31 de la deuxième portion 30 a été sectionné et détaché de la deuxième portion 30, si bien qu'il est représenté bien au dessus de sa position initiale de la figure 2a. 25 Cette partie de détachement du pont 31 sera expliquée plus en détails à la figure 3. Pour en revenir à la figure 2b, on voit que la surface de coupure 42 agencée pour rompre la deuxième portion 30 a recouvert la zone de rupture (où était attaché le pont 31 à la figure 2a), et une chambre de coupure 60 contenant la partie libre 21 rompue a été créée. La chambre de coupure 60 est délimitée par le boîtier 10, le piston 40, notamment la surface de coupure 42. Seule la première portion 20 débouche dans cette chambre de coupure 60, car comme expliqué plus haut, la zone de rupture de la deuxième portion est recouverte par le piston 40, et le pont 31 est complétement détachée de la deuxième portion 30, si bien qu'il n'en fait plus partie. En conséquence, le risque de connexion électrique par arc électrique entre la première portion 20 et la deuxième portion 30 est fortement réduit. On peut noter que le séquençage de rupture de la première portion 20 et de la deuxième portion 30 peut être défini par la distance selon la direction x entre la surface de coupure 41 et la surface de coupure 42. On peut prévoir de rompre simultanément les deux portions, ou d'abord la première portion, ou encore d'abord la deuxième portion. La figure 3 représente une vue isométrique d'une coupe selon un plan 15 parallèle au plan xy de la figure 1. Le piston 40 est dans la première position, avec la surface de coupure 42 en regard du pont 31 de la deuxième portion 30. Le pont 31 est raccordé au reste de la deuxième portion 30 par deux branches 32 et 33 qui sont un surmoulage plastique de la deuxième portion 30, et se trouve dans une 20 rainure du boîtier 10, dans laquelle coulisse un index 43 du piston 40. L'index 43 comprend la surface de coupure 42 et fait office de doigt anti rotation, ce qui garantit que le piston 40 aura un déplacement selon une liaison glissière, avec un seul degré de liberté. Lors du passage du piston 40 de la première position vers la deuxième 25 position, l'index 43 et la surface de coupure 42 cisaillent les branches 32 et 33, comme un poinçon le ferait avec la matrice formée par la rainure du boîtier 10. A cette occasion, le surmoulage des branches 32 et 33 procure une rigidité accrue à la deuxième portion 30, et le cisaillement est d'autant plus efficace. On peut envisager de réduire localement la résistance 30 mécanique des branches 32 et 33 et/ou du pont 31 pour favoriser une rupture -10- localisée au niveau des parois de la rainure du boîtier 10. Enfin, il est important de prévoir une partie de la deuxième portion 30 libre, pour permettre un positionnement précis de la deuxième portion 20 dans un moule d'injection.

Comme le pont 31 est également surmoulé dans de la matière plastique, les risques de contact électrique sont limités aux deux zones de rupture, ce qui augmente la robustesse de la solution. De plus comme le pont est cisaillé à ses deux extrémités (au niveau des parois de la rainure du boîtier 10), il n'y a pas d'effet d'antenne, qui pourrait favoriser une connexion électrique par un arc électrique entre la première portion 20 et le pont 31. Enfin, lors de l'avancée du piston 40, les zones de rupture de la deuxième portion (qui restent en continuité électrique avec la deuxième portion) sont recouvertes par l'index 43 du piston 40, si bien qu'un obstacle et une étanchéité sont formés pour empêcher un contact avec un plasma ionisé d'un arc électrique formé dans la chambre de coupure 60. 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.20

Claims

REVENDICATIONS1. Coupe-circuit pyrotechnique comprenant : - un boîtier (10), - une première portion (20) d'un premier circuit électrique, 5 - au moins une deuxième portion (30) d'un deuxième circuit électrique, - un piston (40) mobile dans le boîtier (10), entre une première position et une deuxième position, et agencé pour rompre la première portion (20) et ladite au moins une deuxième portion (30) lors de son passage de la première position vers la deuxième position, 10 - un actionneur pyrotechnique (50) agencé pour faire passer le piston (40) de la première vers la deuxième position, caractérisé en ce que, lorsque le piston (40) est dans la deuxième position, le boîtier (10) et le piston (40) sont agencés pour former au moins une chambre de coupure (60) dans laquelle débouche une seule de l'une de la première 15 portion (20) ou de ladite au moins une deuxième portion (30).
2. Coupe-circuit selon la revendication précédente, dans lequel le premier circuit électrique présente une première puissance électrique supérieure à une deuxième puissance électrique du deuxième circuit, et dans lequel la première portion (20) débouche dans ladite au moins une chambre 20 de coupure (60).
3. Coupe-circuit selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, le piston (40), lorsqu'il est dans la deuxième position, est agencé pour recouvrir une zone de rupture de ladite au moins une deuxième portion (30).
4. Coupe-circuit selon l'une des revendications précédentes, dans 25 lequel, lorsque le piston (40) est dans la deuxième position, le piston (40) et le boîtier (10) sont agencés pour former au moins deux chambres de coupure distinctes, renfermant chacune une partie rompue de l'une de la première portion (20) ou de ladite au moins une deuxièmeportion (30).
5. Coupe-circuit selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le piston (40) comprend deux surfaces de coupure (41, 42) distinctes chacune agencée pour rompre l'une de la première portion (20) ou de ladite au moins une deuxième portion (30).
6. Coupe-circuit selon la revendication précédente, dans lequel l'une des surfaces de coupure (41, 42) fait partie d'un index (43) agencé pour empêcher une rotation du piston (40) autour d'un axe de coulissement dans le boîtier (10).
7. Coupe-circuit selon l'une des revendications précédentes, dans 10 lequel ladite au moins une deuxième portion (30) comprend un pont (31), deux branches (32, 33) surmoulées dans le boîtier (10), entre lesquelles se trouve le pont (31), et dans lequel le piston (40) est agencé pour sectionner le pont (31) au niveau de sa jonction avec chaque branche (32, 33) surmoulée.
8. Coupe-circuit selon la revendication précédente, dans lequel le 15 pont (31) est recouvert d'une matière isolante.
9. Coupe-circuit selon l'une des revendications Tou 8, dans lequel le pont (31) sectionné présente une longueur et/ou une épaisseur déterminée(s) pour être trop faible(s) pour relier la deuxième portion (30) avec la première portion (20), lorsque le piston (40) est dans la deuxième 20 position, et/ou pour rétablir une continuité électrique de la première portion (20).
10. Coupe-circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piston (40) comprend une partie distale et une partie proximale, la partie proximale étant agencée pour couper ladite au moins une 25 deuxième portion (30), et en ce que la partie proximale est agencée pour présenter, dans la deuxième position, un jeu avec le boîtier (10) inférieur à un jeu entre la partie distale et le boîtier (10).
11. Coupe-circuit selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le boîtier (10) et le piston (40) sont agencés pour former un obstacle etisoler l'une de la première portion (20) ou de ladite au moins une deuxième portion (30) d'un arc électrique créé par la coupure de l'autre de la première portion (20) ou de ladite ad moins une deuxième portion (30), lors du passage du piston (40) dans la deuxième position.
12. Coupe-circuit selon la revendication 4, dans lequel le boîtier (10) et le piston (40) sont agencés pour former une étanchéité et une barrière aux gaz entre les deux chambres de coupure lors du passage.,du piston (40) dans la deuxième position.
13. Coupe-circuit selon l'une des revendications précédentes, 10 caractérisé en ce que le piston (40) est agencé pour couper la première portion (20) après une première course depuis la première position, et en ce que le piston (40) est agencé pour couper ladite au moins une deuxième portion (30) après une deuxième course depuis la première position, la deuxième course étant supérieure à la première course. 15
14. Dispositif de distribution de courant comprenant au moins un coupe-circuit selon l'une des revendications précédentes.
15. Véhicule automobile comprenant au moins un coupe-circuit selon l'une des revendications 1 à 13.