FR3022679A1

FR3022679A1 - DEVICE FOR PROTECTING ELECTRICAL COMPONENTS ONBOARD IN A VEHICLE

Info

Publication number: FR3022679A1
Application number: FR1455861A
Authority: FR
Inventors: Maxime Makarov
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2015-12-25
Anticipated expiration: 2034-06-24
Also published as: FR3022679B1

Abstract

L'invention se rapporte à un dispositif de protection (1) d'une borne d'alimentation (2) électrique. La principale caractéristique d'un dispositif de protection selon l'invention, est qu'il comprend une excroissance en matériau électriquement conducteur et relié à la masse à proximité de ladite borne (2).The invention relates to a protection device (1) for an electric power supply terminal (2). The main characteristic of a protection device according to the invention is that it comprises an excrescence of electrically conductive material and connected to ground near said terminal (2).

Description

1 DISPOSITIF DE PROTECTI ON DES ORGANES ELECTRI QUES EMBARQUES DANS UN VEHI CULE L'invention se rapporte à un dispositif de protection des organes électriques embarqués dans un véhicule. Dans certains véhicules automobiles, il arrive que des organes électriques de puissance, alimentés en courant électrique par une batterie, soient situés relativement bas, typiquement à une hauteur inférieure à 0.45m par rapport à la route. Ces organes sont alors particulièrement exposés à l'eau, que ce soit lors d'un passage à gué ou lors d'un lavage avec un Karcher. Ainsi, lors de certaines de ces situations critiques, ces organes électriques peuvent se retrouver totalement ou partiellement immergés. Si ces organes électriques sont dépourvus de protection contre l'humidité et s'ils sont utilisés avec des systèmes de type cosses/connecteurs qui ne sont pas étanches, un court-circuit peut alors se produire. En moyenne, un court-circuit de quelques secondes, voire de quelques dizaines de secondes entre un terminal de batterie et la masse, peut être supporté par ladite batterie. Néanmoins, ce phénomène peut parfois 20 provoquer : - une perte de fonctionnalités de l'organe à cause d'une perturbation du réseau Basse Tension par le courant de fuite important, crée entre le terminal Haute Tension de la batterie et les voies d'alimentation Basse Tension et/ou les voies de contrôle, de commande et de diagnostic. Il en 25 serait de même, pour un autre organe, comme par exemple un capteur, situé à proximité des terminaux sous tension immergés, et qui pourrait être impacté par ce courant de fuite. - un choc électrique chez un être humain, dont le corps serait immergé à proximité de l'organe alimenté. En effet, dans les conditions humides, 30 l'impédance caractéristique du corps humain est de l'ordre de 500 Ohm, et le courant de contact peut atteindre approximativement 100 mA DC. Or, selon la norme I EC 60479-1, une telle valeur de courant correspond 3022679 2 à la zone de risque DC-3, caractérisée par de fortes contractions musculaires involontaires, et des perturbations réversibles de formation et de conduction des impulsions du coeur, augmentant avec l'intensité du courant et le temps. Autrement dit, un tel courant peut engendrer 5 des blessures importantes. Des dispositifs de protection des interfaces de batterie avec des fusibles et des faisceaux ont déjà été développés. On peut, par exemple, citer la demande de brevet EP1239506 qui se rapporte à un dispositif de protection de telles interfaces, sous la forme d'un couvercle en plastique empêchant les 10 infiltrations d'eau et de poussières. D'autres solutions privilégiant des déflecteurs d'eau non étanches ont également été expérimentées. Aucune des solutions de protection connues jusqu'à présent, ne permet à la fois de renforcer l'immunité des organes électriques avec des 15 terminaux de puissance non étanches, et de protéger une personne contre un choc électrique produit accidentellement en présence d'eau. Un dispositif de protection selon l'invention permet de remplir ces deux fonctions. L'invention a pour objet un dispositif de protection d'une borne 20 d'alimentation électrique. La principale caractéristique d'un dispositif de protection selon l'invention, est qu'il comprend une excroissance en matériau électriquement conducteur et relié à la masse à proximité de ladite borne. De cette manière, l'excroissance a une triple fonction : 25 il protège mécaniquement la borne alimentée de tout contact extérieur, pouvant être effectué avec un outil, une main ou tout type d'objet, il arrête et/ou dévie toutes les particules d'eau émises lors d'une phase de roulage du véhicule, préservant la borne de toute projection d'eau, il collecte le courant de fuite en servant de moyen d'écrantage 30 électrique, permettant de concentrer localement les lignes de fuite du 3022679 3 courant lors d'une immersion. Ainsi, l'influence d'un terminal d'alimentation sur les terminaux voisins est réduite, voire supprimée. Avantageusement, ladite excroissance comporte un capuchon recouvrant au moins partiellement ladite borne, ledit capuchon étant constitué 5 par un métal et au moins un matériau isolant électrique. De façon préférentielle, le matériau isolant électrique est un plastique. De cette manière le capuchon présente une bonne tenue mécanique, tout en demeurant léger. Préférentiellement, le capuchon est en plastique et présente une 10 surface interne, le métal tapissant au moins partiellement ladite surface interne. En effet, il est supposé que le capuchon définit un espace interne qui est délimité par une surface interne dudit capuchon. Le métal du capuchon peut apparaitre sous la forme d'une plaque, ou de plusieurs inserts isolés, ou d'une grille. Ledit métal peut s'étendre, soit 15 intégralement sur toute la surface du capuchon, soit partiellement sur une zone de ladite surface. Avantageusement, il est supposé que le capuchon possède une bonne résistance mécanique. De façon avantageuse, le métal est conditionné sous la forme d'une grille. Avantageusement, la grille est constituée par un maillage de fils.The invention relates to a device for protecting electrical components on board a vehicle. BACKGROUND OF THE INVENTION In some motor vehicles, it happens that electrical power organs, powered by a battery, are relatively low, typically at a height of less than 0.45m from the road. These organs are then particularly exposed to water, either when fording or washing with a Karcher. Thus, in some of these critical situations, these electrical organs may be totally or partially immersed. If these electrical components are devoid of moisture protection and if they are used with lug / connector type systems that are not waterproof, a short circuit may occur. On average, a short circuit of a few seconds, or even a few tens of seconds between a battery terminal and ground, can be supported by said battery. Nevertheless, this phenomenon can sometimes cause: a loss of functionalities of the organ due to a disturbance of the low voltage network by the large leakage current created between the high voltage terminal of the battery and the supply paths Low Voltage and / or control, control and diagnostic channels. It would be the same for another organ, such as for example a sensor, located near immersed voltage terminals, and which could be impacted by this leakage current. - an electric shock in a human being, whose body would be immersed near the powered organ. Indeed, in humid conditions, the characteristic impedance of the human body is of the order of 500 Ohm, and the contact current can reach approximately 100 mA DC. However, according to the standard I EC 60479-1, such a current value corresponds to the zone of risk DC-3, characterized by strong involuntary muscle contractions, and reversible disturbances of formation and conduction of the pulses of the heart, increasing with intensity of current and time. In other words, such a stream can cause significant injury. Protection devices for battery interfaces with fuses and beams have already been developed. For example, patent application EP1239506, which relates to a device for protecting such interfaces, can be cited in the form of a plastic cover preventing infiltration of water and dust. Other solutions favoring leakproof water deflectors have also been tested. None of the protection solutions known hitherto makes it possible at the same time to reinforce the immunity of electrical components with unsealed power terminals, and to protect a person against an electric shock accidentally produced in the presence of water. A protection device according to the invention makes it possible to fulfill these two functions. The invention relates to a device for protecting a power supply terminal. The main characteristic of a protection device according to the invention is that it comprises an excrescence of electrically conductive material and connected to ground near said terminal. In this way, the protrusion has a triple function: it mechanically protects the terminal supplied with any external contact, which can be performed with a tool, a hand or any type of object, it stops and / or deflects all the particles of water emitted during a running phase of the vehicle, preserving the terminal of any water projection, it collects the leakage current by serving as an electrical screening means 30, allowing local concentration of the creepage distances of the 3022679 3 current during immersion. Thus, the influence of a power terminal on the neighboring terminals is reduced or even eliminated. Advantageously, said protuberance comprises a cap at least partially covering said terminal, said cap being constituted by a metal and at least one electrical insulating material. Preferably, the electrical insulating material is a plastic. In this way the cap has good mechanical strength, while remaining light. Preferably, the cap is made of plastic and has an inner surface, the metal at least partially lining said inner surface. Indeed, it is assumed that the cap defines an internal space which is delimited by an inner surface of said cap. The metal of the cap may appear as a plate, or insulated inserts, or a grid. Said metal may extend either completely over the entire surface of the cap, or partially over an area of said surface. Advantageously, it is assumed that the cap has good mechanical strength. Advantageously, the metal is packaged in the form of a grid. Advantageously, the grid consists of a mesh of wires.

De façon préférentielle, la borne émerge d'une paroi de réception d'un organe électrique/électronique (organe E/E), le capuchon présentant une paroi supérieure parallèle à ladite paroi de réception, et coiffant ladite borne. Autrement dit, la borne se retrouve insérée entre la paroi de réception de l'organe E/E et la paroi supérieure du capuchon. L'organe E/E peut par exemple être une batterie électrique. Préférentiellement, le capuchon présente trois parois latérales prenant naissance au niveau de la paroi supérieure et s'étendant perpendiculairement à celle-ci, lesdites quatre parois délimitant un espace interne dudit capuchon qui est destiné à loger la borne d'alimentation. Selon un mode de réalisation préféré d'un dispositif de protection selon l'invention, deux parois latérales sont parallèles et sont reliées par la troisième paroi latérale s'étendant 3022679 4 perpendiculairement auxdites deux parois. Pour cette configuration les trois parois latérales définissent une pièce en forme de U. De façon avantageuse, le capuchon possède une paroi inférieure parallèle à la paroi supérieure et destinée à venir au contact de la paroi de 5 réception. Avantageusement, la paroi inférieure comprend au moins un orifice destinée à recevoir une vis pour fixer le capuchon à la paroi de réception. De façon préférentielle, le capuchon présente au moins une ouverture pour le passage d'au moins un élément à connecter à ladite borne. Cet 10 élément peut par exemple être un câble électrique ou un connecteur. Préférentiellement, le capuchon comprend un orifice d'évacuation d'eau apte à évacuer de l'eau qui se serait introduite dans ledit capuchon. On donne ci-après, une description détaillée d'un mode de réalisation préféré d'un dispositif de protection selon l'invention, en se référant aux 15 figures 1 à 6. - La figure 1 est une vue de côté d'un capuchon d'un dispositif de protection selon l'invention placé autour d'une borne d'alimentation électrique, - La figure 2 est une vue du dessus du capuchon de la figure 1, 20 - La figure 3 est une vue de côté d'un capuchon d'un dispositif de protection selon l'invention, et doté d'un orifice d'évacuation d'eau, - La figure 4 est une vue de côté d'un capuchon d'un dispositif de protection selon l'invention placé autour d'une borne d'alimentation électrique et montrant des lignes de courant de fuite, 25 - La figure 5 est une de coté de deux pôles contigus d'un organe E/E dépourvus de capuchons de protection, et montrant les lignes de courant de fuite, - La figure 6 est une vue des deux pôles de la figure 5, et dont l'un est doté d'un capuchon de protection.Preferably, the terminal emerges from a receiving wall of an electrical / electronic member (E / E member), the cap having an upper wall parallel to said receiving wall, and covering said terminal. In other words, the terminal is inserted between the receiving wall of the E / E member and the upper wall of the cap. The E / E member may for example be an electric battery. Preferably, the cap has three side walls originating at the upper wall and extending perpendicularly thereto, said four walls defining an internal space of said cap which is intended to accommodate the power supply terminal. According to a preferred embodiment of a protection device according to the invention, two side walls are parallel and are connected by the third lateral wall extending perpendicular to said two walls. For this configuration the three side walls define a U-shaped part. Advantageously, the cap has a bottom wall parallel to the top wall and intended to come into contact with the receiving wall. Advantageously, the bottom wall comprises at least one orifice for receiving a screw for fixing the cap to the receiving wall. Preferably, the cap has at least one opening for the passage of at least one element to be connected to said terminal. This element may for example be an electrical cable or a connector. Preferably, the cap comprises a water discharge port adapted to evacuate water that would have introduced into said cap. The following is a detailed description of a preferred embodiment of a protective device according to the invention, with reference to FIGS. 1 to 6. FIG. 1 is a side view of a cap of a protection device according to the invention placed around a power supply terminal, - Figure 2 is a view from above of the cap of Figure 1, - Figure 3 is a side view of a cap of a protective device according to the invention, and provided with a water discharge orifice, - Figure 4 is a side view of a cap of a protective device according to the invention placed around of a power supply terminal and showing lines of leakage current, - Figure 5 is a side of two contiguous poles of an E / E member without protective caps, and showing the current lines of FIG. 6 is a view of the two poles of FIG. 5, one of which is provided with a protective cap.

3022679 5 En se référant aux figures 1 et 2, un dispositif de protection 1 selon l'invention, permet de protéger une borne 2 d'alimentation en courant électrique d'un organe E/E 3, embarquée dans un véhicule automobile. Ce dispositif 1 comprend un capuchon 4 apte à recouvrir ladite borne 2. Cette 5 borne 2 est implantée dans une paroi de réception 5 plane de l'organe E/E 3, et saille perpendiculairement de ladite paroi de réception 5. Un fil électrique 6 doté d'une cosse 7 est relié électriquement à la borne 2 par l'intermédiaire de ladite cosse 7, qui est insérée autour de ladite borne 2, puis fixée à celle-ci par vissage d'un écrou 8. Ce capuchon 4 est réalisé en plastique, et comporte une 10 paroi supérieure 9, une paroi inférieure 10 et trois parois latérales 11, 12, 13. La paroi supérieure 9 est plane, et les trois parois latérales 11, 12, 13 sont planes et prennent naissance au niveau de ladite paroi supérieure 9, en s'étendant perpendiculairement à cette paroi supérieure 9. Deux 11, 12 de ces trois parois latérales 11, 12, 13 sont parallèles et sont reliées entre elles par la 15 troisième paroi latérale 13. Cette troisième paroi latérale 13 est plane et est perpendiculaire aux deux autres parois latérales 11, 12, si bien que lesdites trois parois latérales 11, 12, 13 forment une pièce en forme de U. Au moins l'une de ces trois parois latérale 11, 12, 13 est dotée d'une ouverture 17. La paroi inférieure 10 est plane et est parallèle à la paroi supérieure 9. Cette 20 paroi inférieure 10 prend naissance au niveau de la troisième paroi latérale 13 et s'étend dans une direction qui est opposée à celle de la paroi supérieure 9. Autrement dit, la troisième paroi latérale 13 présente deux faces parallèles, la paroi inférieure 10 étant implantée au niveau de l'un des bords de l'une de ces deux faces, et la paroi supérieure 9 étant implantée au niveau du bord opposé 25 de l'autre face. La paroi inférieure 10 présente un orifice pour le passage d'une vis 14 de fixation. La paroi supérieure 9 et les trois parois latérales 11, 12, 13 définissent un espace interne 16 du capuchon 4, qui est délimité par les surfaces internes desdites quatre parois 9, 11, 12, 13. Une grille métallique 15 constituée de deux réseaux de fils, recouvre les surfaces internes des trois 30 parois latérales 11, 12, 13 et de la paroi supérieure 9. Comme le montrent les figures 1, 3, 4, et 6, le capuchon 4 vient se fixer à la paroi de réception 5 de l'organe E/E 3, de manière à ce que la paroi 3022679 6 inférieure 10 dudit capuchon 4 vienne au contact de ladite paroi de réception 5, et de manière à ce que la borne 2 de l'organe E/E 3 à protéger, se retrouve dans l'espace interne 16 du capuchon 4. Ainsi, la borne 2 se retrouve entre les trois parois latérales 11, 12, 13 et la paroi supérieure 9 du capuchon 4. La 5 fixation du capuchon 4 est assurée par une vis 14 traversant la paroi inférieure 10 et la paroi de réception 5. Cette vis 14 s'étend parallèlement à la borne 2 et est séparée de ladite borne 2 par la troisième paroi latérale 13 du capuchon 4. Le capuchon 4 est ouvert au niveau de la quatrième paroi latérale, dont il est dépourvu, et qui serait placée en face de la troisième paroi latérale 13.With reference to FIGS. 1 and 2, a protection device 1 according to the invention makes it possible to protect a power supply terminal 2 of an E / E unit 3, embedded in a motor vehicle. This device 1 comprises a cap 4 capable of covering said terminal 2. This terminal 2 is implanted in a plane receiving wall 5 of the E / E unit 3, and protrudes perpendicularly from said receiving wall 5. An electric wire 6 equipped with a lug 7 is electrically connected to the terminal 2 by means of said lug 7, which is inserted around said terminal 2, and then fixed thereto by screwing a nut 8. This cap 4 is made made of plastic, and has an upper wall 9, a lower wall 10 and three side walls 11, 12, 13. The upper wall 9 is flat, and the three side walls 11, 12, 13 are flat and originate at the said upper wall 9, extending perpendicularly to this upper wall 9. Two 11, 12 of these three side walls 11, 12, 13 are parallel and are interconnected by the third side wall 13. This third side wall 13 is flat and is perp endicular to the two other side walls 11, 12, so that said three side walls 11, 12, 13 form a U-shaped part. At least one of these three side walls 11, 12, 13 is provided with a opening 17. The bottom wall 10 is flat and is parallel to the top wall 9. This bottom wall 10 originates at the third side wall 13 and extends in a direction opposite to that of the top wall 9 In other words, the third lateral wall 13 has two parallel faces, the lower wall 10 being implanted at one of the edges of one of these two faces, and the upper wall 9 being implanted at the opposite edge 25. on the other side. The bottom wall 10 has an orifice for the passage of a fixing screw 14. The upper wall 9 and the three lateral walls 11, 12, 13 define an internal space 16 of the cap 4, which is delimited by the internal surfaces of said four walls 9, 11, 12, 13. A metal grid 15 consisting of two gratings son, covers the internal surfaces of the three side walls 11, 12, 13 and the top wall 9. As shown in Figures 1, 3, 4, and 6, the cap 4 is fixed to the receiving wall 5 of the E / E member 3, so that the bottom wall 10 of said cap 4 comes into contact with said receiving wall 5, and so that the terminal 2 of the E / E member 3 to protect, is found in the inner space 16 of the cap 4. Thus, the terminal 2 is found between the three side walls 11, 12, 13 and the upper wall 9 of the cap 4. The fixing of the cap 4 is provided by a screw 14 passing through the bottom wall 10 and the receiving wall 5. This screw 14 extends parallel t at the terminal 2 and is separated from said terminal 2 by the third side wall 13 of the cap 4. The cap 4 is open at the fourth side wall, which it is devoid, and which would be placed in front of the third wall lateral 13.

10 Comme le montrent les figures 1, 3, 4 et 6, cette ouverture permet le passage du fil électrique 6 qui est connecté à la borne 2 par l'intermédiaire de la cosse 7. En se référant à la figure 3, de l'eau 18 peut pénétrer accidentellement à l'intérieur du capuchon 4 lors d'une immersion du véhicule, provoquée par 15 exemple, par un passage à gué. L'ouverture 17 pratiquée dans au moins l'une des parois latérales 10, 11, 12 du capuchon 4 permet d'évacuer cette eau. En se référant à la figure 4, les courants de fuite 21 produits par la borne 2 sont orientés vers les parois 9, 10, 11, 12 du capuchon 4 comprenant la grille métallique 15, puis sont acheminés via lesdites parois 9, 10, 11, 12, 20 vers la paroi de réception 5 de l'organe E/E 3, qui est mise à la masse. Il est préférable d'utiliser un capuchon 4 en plastique doté d'une grille métallique 15, plutôt qu'un capuchon entièrement en métal, car la résistance totale de la charge de l'eau, lors d'une immersion, est inversement proportionnelle à la surface collectrice du capuchon 4.As shown in FIGS. 1, 3, 4 and 6, this opening allows the passage of the electrical wire 6 which is connected to the terminal 2 via the terminal 7. Referring to FIG. Water 18 can accidentally enter the interior of the cap 4 during a vehicle immersion, caused for example by a fording. The opening 17 made in at least one of the side walls 10, 11, 12 of the cap 4 allows to evacuate this water. Referring to FIG. 4, the leakage currents 21 produced by the terminal 2 are oriented towards the walls 9, 10, 11, 12 of the cap 4 comprising the metal grid 15, then are conveyed via said walls 9, 10, 11 , 12, 20 to the receiving wall 5 of the E / E member 3, which is grounded. It is preferable to use a plastic cap 15 with a metal grid 15, rather than a cap made entirely of metal, because the total resistance of the water load, when immersed, is inversely proportional to the the collecting surface of the cap 4.

25 Dans certaines circonstances, la grille 15 métallique peut jouer le rôle supplémentaire d'un fusible, augmentant la protection octroyée par le capuchon 4. La taille du capuchon 4 et le maillage de la grille 15 sont choisis en fonction des conditions d'utilisation.In some circumstances, the metal grid may play the additional role of a fuse, increasing the protection provided by the cap 4. The size of the cap 4 and the mesh of the gate 15 are chosen according to the conditions of use.

30 En se référant à la figure 5, en l'absence de capuchon 4, une partie 22 des courants de fuite issus d'une borne 2 d'alimentation électrique d'un organe 3022679 7 E/E 3, a tendance à se diriger directement vers la paroi de réception 5 de ledit organe E/E 3, qui est reliée à la masse, sans interférer avec les équipements 19, 20 électriques voisins. En revanche, une autre partie 23 de ces courants de fuite, se dirige vers lesdits équipements électriques 19, 20, pouvant par 5 exemple, être un connecteur 19 ou une autre borne 20 d'alimentation en courant électrique, risquant de perturber leur fonctionnement et de créer des courts-circuits. En se référant à la figure 6, lorsqu'un capuchon 4 d'un dispositif de protection selon l'invention, est placé autour de la borne 2 d'alimentation en 10 courant électrique, tous les courants de fuite 21 sont circonscrits dans ledit capuchon 4, sans risque d'interférer sur les équipements électriques voisins 19, 20.Referring to FIG. 5, in the absence of a cap 4, a portion 22 of the leakage currents from a power supply terminal 2 of an E / E 3 member 3 tends to be directed directly to the receiving wall 5 of said E / E member 3, which is connected to the ground, without interfering with the adjacent electrical equipment 19, 20. On the other hand, another part 23 of these leakage currents is directed towards said electrical equipment 19, 20, which may, for example, be a connector 19 or another terminal 20 for supplying electric power, which may disturb their operation and to create short circuits. Referring to FIG. 6, when a cap 4 of a protection device according to the invention is placed around the electrical power supply terminal 2, all the leakage currents 21 are circumscribed in said cap. 4, without the risk of interfering with neighboring electrical equipment 19, 20.

Claims

REVENDICATIONS1. Protective device (1) for an electric power supply terminal (2), characterized in that it comprises an excrescence made of electrically conductive material and connected to ground near said terminal (2).

2. Protective device according to claim 1, characterized in that said protuberance comprises a cap (4) at least partially covering said terminal (2), and in that said cap (4) is constituted by a metal (15) and at least one electrical insulating material.

3. Protection device according to claim 2, characterized in that the electrical insulating material is a plastic.

4. Protective device according to claim 3, characterized in that the cap (4) is plastic and has an inner surface, and in that the metal (15) at least partially lining said inner surface.

5. Protective device according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the metal is packaged in the form of a grid (15).

6. Protective device according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the terminal (2) emerges from a receiving wall (5) of an E / E member (3), and in that the cap (4) has an upper wall (9) parallel to said receiving wall (5) and covering said terminal (2).

7. Protective device according to claim 6, characterized in that the cap (4) has three side walls (11, 12, 13) originating at the upper wall (9) and extending perpendicular thereto , and in that said four walls (9, 11, 12, 13) delimit an internal space of said cap (4) for accommodating the supply terminal (2).

8. Protection device according to any one of claims 6 or 7, characterized in that the cap (4) has a bottom wall (10) parallel to the upper wall (9) and intended to come into contact with the receiving wall (5).

9. Protective device according to claim 8, characterized in that the bottom wall (10) comprises at least one orifice for receiving a screw (14) for fixing the cap (4) to the receiving wall (5).

10.Dispositif protection according to any one of claims 2 to 9, characterized in that the cap (4) has at least one opening for the passage of at least one element to be connected to said terminal (2).

11.Dispositif protection according to any one of claims 2 to 10 10, characterized in that the cap (4) comprises a hole (17) for discharging water able to evacuate water that would have introduced into said cap (4).