FR3051558A1

FR3051558A1 - Dispositif d'analyse pour une prise electrique propre a etre connectee a une autre prise electrique

Info

Publication number: FR3051558A1
Application number: FR1654530A
Authority: FR
Inventors: Laetitia Pradere; Franck Guillemard; Jocelyn Sabatier; Mathieu Chevrie; Christophe Farges
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Peugeot Citroen Automobiles SA; Universite de Bordeaux; Institut Polytechnique de Bordeaux
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite de Bordeaux; Institut Polytechnique de Bordeaux; PSA Automobiles SA
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2017-11-24
Anticipated expiration: 2036-05-20
Also published as: FR3051558B1

Abstract

Un dispositif d'analyse (DA) équipe une première prise électrique (P1) comprenant des premiers moyens de contact (MC1) connectés à un premier faisceau (F1) et destinés à être couplés à des seconds moyens de contact (MC2) faisant partie d'une seconde prise électrique (P2). Ce dispositif (DA) comprend, d'une part, des moyens de mesure (MM) installés dans la première prise électrique (P1) au voisinage de l'un des premiers moyens de contact (MC1) et délivrant des mesures de température interne, et, d'autre part, des moyens d'analyse (MA) estimant la résistance de contact dans une zone de contact (zc) entre des premier (MC1) et second (MC2) moyens de contact associés en fonction d'au moins une mesure de température interne, d'une mesure de température externe, d'une valeur d'un courant circulant dans ce premier moyen de contact (MC1), et d'un modèle électrothermique de la zone de contact (zc).

Description

DISPOSITIF D’ANALYSE POUR UNE PRISE ÉLECTRIQUE PROPRE À ÊTRE CONNECTÉE À UNE AUTRE PRISE ÉLECTRIQUE L’invention concerne les prises électriques qui sont destinées à être couplées à d’autres prises électriques afin de recevoir des courants de forte intensité.

Certains systèmes, comme par exemple et non limitativement certains véhicules électriques ou hybrides, éventuellement de type automobile, comprennent des prises électriques destinées à être temporairement couplées à d’autres prises électriques afin de recevoir des courants destinés à certains de leurs équipements. Ces équipements peuvent, par exemple, être des batteries qui doivent être rechargées via un dispositif de recharge (ou chargeur) embarqué dans leur véhicule et via un cordon de recharge.

Les intensités des courants pouvant être élevées, des échauffements importants peuvent survenir au niveau des prises qui sont couplées entre elles, par exemple du fait d’une usure de l’un au moins de leurs moyens de contact électrique ou de la présence d’un moyen de contact électrique défectueux ou encore du fait que l’une des deux prises (par exemple celle du cordon de recharge) est une contrefaçon.

De tels échauffements résultent de surintensités et/ou de variations positives de l’énergie thermique qui est dissipée par effet Joule au niveau de la zone de contact entre les moyens de contact électrique des deux prises, ces variations résultant elles-mêmes de variations de la résistance de contact. Lorsqu’un échauffement est très important, il peut provoquer une inflammation de l’une au moins des prises électriques et/ou des fils électriques auxquels sont connectés les moyens de contact de ces prises électriques.

Il existe de nombreux dispositifs permettant, d’une part, de détecter des surintensités ou des échauffements critiques au niveau d’une prise électrique, et, d’autre part, d’agir lorsqu’une telle détection survient. De tels dispositifs comprennent, par exemple, des fusibles thermiques, ou des bilames, ou des pièces en alliage à mémoire de forme, ou des transistors « intelligents ».

Ces dispositifs s’avèrent mal adaptés à une surveillance et une protection optimales des prises électriques. En effet, ils ne s’activent qu’en fonction de la température de la zone dans laquelle ils sont implantés ou du courant qui les traverse. Cette zone ne pouvant pas être une zone de contact entre moyens de contact de prises électriques, il peut arriver qu’elle soit située à proximité d’une source de chaleur importante, et dans ce cas le dispositif peut activer la protection alors même que la zone de contact à surveiller n’est pas en surchauffe. De plus, réchauffement d’une zone de contact pouvant résulter d’une augmentation de sa résistance de contact, le dispositif risque fort de ne pas le détecter lorsque l’intensité du courant demeure sensiblement constante. Par ailleurs, lorsque certains dispositifs ne peuvent pas être réamorcés une fois qu’ils ont activé leur protection, on doit alors les remplacer manuellement ce qui est fastidieux et onéreux.

Quelques travaux proposent de modéliser la résistance de contact afin de la mesurer. Ils utilisent par exemple un modèle statistique, ou un modèle fractal, ou encore un modèle multi-échelles, combiné à des mesures électriques ou thermiques, ou des mesures de surface de contact réelle. Cependant, ces modèles et/ou les équipements réalisant ces mesures sont difficilement associables à des prises électriques et/ou assez onéreux, et souvent inadaptés au temps réel. L’invention a donc notamment pour but d’améliorer la situation.

Elle propose notamment à cet effet un dispositif d’analyse destiné à être couplé à une première prise électrique comprenant au moins deux premiers moyens de contact connectés à un premier faisceau et destinés à être couplés à des seconds moyens de contact faisant partie d’une seconde prise électrique et connectés à un second faisceau.

Ce dispositif d’analyse se caractérise par le fait qu’il comprend : - des moyens de mesure propres à être installés dans la première prise électrique au voisinage d’au moins l’un des premiers moyens de contact et agencés pour délivrer des mesures de température interne, et - des moyens d’analyse agencés pour estimer une résistance de contact dans une zone de contact entre un premier moyen de contact et un second moyen de contact associé en fonction d’au moins une mesure de température interne, d’une mesure de température externe, d’une valeur d’un courant circulant dans ce premier moyen de contact, et d’un modèle électrothermique de la zone de contact.

On dispose ainsi au moins d’une estimée de la valeur en cours de la résistance de contact d’une façon simple, rapide (et compatible avec le temps réel), et peu onéreuse.

Le dispositif d’analyse selon l’invention peut comporter d’autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - ses moyens d’analyse peuvent être agencés pour estimer un flux de chaleur entre la zone de contact dans laquelle est déterminée la résistance de contact et le second faisceau en fonction de cette résistance de contact, de la mesure de température interne, de la mesure de température externe, de la valeur de courant, et du modèle électrothermique ; > ses moyens d’analyse peuvent être agencés pour générer un signal d’alarme lorsque la résistance de contact estimée est supérieure à un premier seuil et/ou lorsque le flux de chaleur estimé est supérieur à un second seuil ; > le modèle électrothermique de la zone de contact peut être défini par l’équation

, où Tzc est la température de la zone de contact, t est le temps, Czc est la capacité thermique de la zone de contact, Rzc est la résistance de contact, I est la valeur de courant, φzc^cR est le flux de chaleur, et Φμοι^ζο est un autre flux de chaleur échangé entre le premier moyen de contact et la zone de contact ; • ses moyens d’analyse peuvent être agencés pour réaliser une boucle de contre-réaction propre à estimer une température dans la zone de contact en fonction de la mesure de température interne, de la mesure de température externe, de la valeur de courant, du modèle électrothermique, et d’un flux de chaleur total estimé, et pour estimer ce dernier en fonction d’une différence entre la mesure de température interne et l’estimée de la température dans la zone de contact ; • le flux de chaleur φzc^cR peut être approximé par

où K est un gain statique, τ est une constante de temps du modèle électrothermique et erf désigne la fonction erreur ; • en variante, le flux de chaleur φzc^cR peut être approximé par

où K est un gain statique et τ est une constante de temps du modèle électrothermique ; - ses moyens de mesure peuvent comprendre un équipement choisi parmi (au moins) un thermocouple et une thermistance ; > le thermocouple peut être de type K ; > la thermistance peut être couplée à un circuit électrique choisi parmi (au moins) un pont diviseur, un pont de Wheatstone et un générateur de courant ; - les moyens de mesure peuvent être au moins en partie au contact de l’un des premiers moyens de contact. L’invention propose également une prise électrique comprenant, d’une part, au moins deux premiers moyens de contact connectés à un premier faisceau et destinés à être couplés à des seconds moyens de contact faisant partie d’une autre prise électrique et connectés à un second faisceau, et, d’autre part, un dispositif d’analyse du type de celui présenté ci-avant. L’invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant au moins une prise électrique du type de celle présentée ci-avant.

Par exemple, la prise électrique peut faire partie d’un dispositif de recharge d’au moins une batterie embarquée dans le véhicule. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement, dans une vue de face, un exemple de réalisation d’une première prise électrique selon l’invention connectée à un premier faisceau et propre à être installée dans un système, - la figure 2 illustre schématiquement, dans une vue de face, un exemple de réalisation d’un cordon de recharge muni d’une seconde prise électrique, - la figure 3 illustre schématiquement et fonctionnellement la première prise électrique de la figure 1 équipée d’un exemple de réalisation d’un dispositif d’analyse selon l’invention et couplée à la seconde prise électrique de la figure 2, - la figure 4 illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de réalisation de moyens d’analyse d’un dispositif d’analyse selon l’invention, et - la figure 5 illustre schématiquement, au sein d’un diagramme, deux courbes d’évolution temporelle d’un flux total réel (Φτ) et d’un flux total estimé ( φτ). L’invention a notamment pour but de proposer un dispositif d’analyse DA destiné à être couplé à une première prise électrique P1, elle-même destinée à équiper un système.

Dans ce qui suit, on considère, à titre d’exemple non limitatif, que le système est un véhicule de type automobile. Il s’agit par exemple d’une voiture de type électrique ou hybride. Mais l’invention n’est pas limitée à ce type de système. Elle concerne en effet tout type de système comportant au moins un équipement devant être alimenté en courant de forte intensité via une première prise électrique destinée à être temporairement couplée à une seconde prise électrique. Ainsi, elle concerne notamment tout type de véhicule, qu’il soit terrestre, maritime ou fluvial, ou aérien, les installations, éventuellement de type industriel, et les bâtiments.

Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que la première prise électrique P1 est destinée à faire partie d’un dispositif de recharge (ou chargeur) d’au moins une batterie rechargeable embarquée dans un véhicule. Mais l’invention n’est pas limitée à ce type d’équipement. Elle concerne en effet tout type d’équipement devant être alimenté en courant de forte intensité via une première prise électrique.

On a schématiquement représenté sur la figure 1 un exemple de réalisation d’une première prise électrique P1 connectée à un premier faisceau (électrique) F1 et destinée à être couplée à une seconde prise électrique P2 du type de celle illustrée non limitativement sur la figure 2.

La première prise électrique P1 comprend des premiers moyens de contact MC1 connectés respectivement à des fils du premier faisceau (électrique) F1, logés dans une gaine. On notera que dans l’exemple illustré non limitativement sur les figures 1 et 3, la première prise électrique P1 comprend cinq premiers moyens de contact MC1 connectés respectivement à cinq fils. Mais le nombre de premiers moyens de contact MC1 n’est pas limité à cinq. Il peut en effet prendre n’importe quelle valeur supérieure ou égale à deux.

Compte tenu des hypothèses précitées, les extrémités des fils du premier faisceau F1 (opposées à la première prise électrique P1) sont, par exemple, connectées à un convertisseur de puissance du dispositif de recharge du véhicule. Par ailleurs, la seconde prise P2, illustrée non limitativement sur la figure 2, fait partie d’un cordon de recharge CR destiné à relier la première prise électrique P1 (ici d’un véhicule) à une infrastructure de recharge, comme par exemple une prise de courant domestique, une borne de recharge murale (ou domestique), ou une borne de recharge publique.

Comme illustré, un cordon de recharge CR comprend une seconde prise électrique P2, un second faisceau (électrique) F2, un boîtier de contrôle BC et une troisième prise électrique P3.

Le second faisceau (électrique) F2 relie la seconde prise électrique P2 au boîtier de contrôle BC, et ce dernier (BC) à la troisième prise électrique P3. Cette dernière (P3) est, par exemple, une fiche domestique destinée à être connectée à une prise de courant (ou prise secteur). Ce second faisceau (électrique) F2 comprend une gaine logeant des fils connectés, d’une part, à des seconds moyens de contact MC2 de la seconde prise électrique P2, destinés à être couplés aux premiers moyens de contact MC1 de la première prise électrique P1 (voir figure 3), et, d’autre part, à des bornes du boîtier de contrôle BC.

Ce boîtier de contrôle BC est, par exemple, ce que l’homme de l’art appelle parfois CCID (« Charging Circuit Interrupting Device ») ou ICCB (« In-Cable Control Box >>). Un tel boîtier de contrôle BC comprend des moyens de contrôle propres à contrôler la circulation de courant entre ses entrées et sorties.

On notera que dans l’exemple illustré non limitativement sur les figures 2 et 3, la seconde prise électrique P2 comprend cinq seconds moyens de contact MC2 connectés respectivement à cinq fils et destinés à être couplés respectivement aux cinq premiers moyens de contact MC1 de la première prise électrique P1. Mais le nombre de seconds moyens de contact MC2 n’est pas limité à cinq. Il est en fait identique, a priori, au nombre de premiers moyens de contact MC1.

Par exemple, et comme illustré sur les figures 1 à 3, la première prise électrique P1 peut être de type femelle et la seconde prise électrique P2 peut être de type mâle. Mais l’inverse est également possible (à savoir une première prise électrique P1 de type mâle et une seconde prise électrique P2 de type femelle). A titre d’exemple non limitatif, et comme illustré sur les figures 1 à 3, les premiers moyens de contact MC1 de la première prise électrique P1 peuvent être chacun une languette métallique, et les seconds moyens de contact MC2 de la seconde prise électrique P2 peuvent être chacun un clip métallique destiné à loger étroitement (en contact) une partie d’une languette. Mais l’inverse est également possible (à savoir des premiers moyens de contact MC1 agencés sous la forme de clips métalliques, et des seconds moyens de contact MC2 agencés sous la forme de languettes métalliques). On notera que les premiers MC1 et seconds MC2 moyens de contact peuvent être agencés sous d’autres formes que des languettes métalliques et clips métalliques, l’important étant qu’ils soient capables de se contacter physiquement mutuellement dans une zone de contact zc (éventuellement de type ponctuel).

Comme illustré sur la figure 3, l’invention propose de coupler un dispositif d’analyse DA à la première prise électrique P1 afin qu’elle puisse au moins estimer de façon continue la résistance de contact Rzc entre au moins un premier moyen de contact MC1 et le second moyen de contact MC2 associé, dans leur zone de contact zc.

Egalement comme illustré, un dispositif d’analyse DA, selon l’invention, comprend des moyens de mesure MM et des moyens d’analyse MA.

Les moyens de mesure MM sont propres à être installés dans la première prise électrique P1 au voisinage d’au moins l’un de ses premiers moyens de contact MC1, et sont agencés pour délivrer des mesures de température interne Tint-

On entend ici par « voisinage >> le fait d’être suffisamment proche d’au moins un premier moyen de contact MC1 pour effectuer des mesures effectivement représentatives de la température Tzc de sa zone de contact zc avec le second moyen de contact MC2 associé. Il est important de noter qu’il est impossible de mesurer la température de la zone de contact Tzc, et donc la température interne Tnt est une température mesurée près de cette zone de contact zc.

Dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 3, les moyens de mesure MM sont au moins en partie au contact de l’un des premiers moyens de contact MC1 (ici une languette - dans ce cas Tnt est la température de la languette). Mais ils pourraient être situés juste à côté de ce premier moyen de contact MC1. Par ailleurs, dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 3, il n’y a qu’un seul moyen de mesure MM associé à un seul premier moyen de contact MC1. Mais on pourrait envisager qu’il y ait plusieurs moyens de mesure MM associés respectivement à plusieurs premiers moyens de contact MC1 de manière à augmenter la précision de l’analyse (il n’est pas forcément utile de surveiller la zone de contact associée à la terre puisque aucun courant n’est censé passer, ce sont plutôt les lignes de puissance qui sont alors sous surveillance).

Par exemple, chaque languette peut être composée de deux parties, l’une plate et l’autre creuse et cylindrique. Dans ce cas, un moyen de mesure MM peut-être placé à l’intérieur de la partie creuse et cylindrique de la languette ou à la surface de la partie plate de cette dernière.

Par exemple, les moyens de mesure MM peuvent comprendre un équipement choisi parmi un thermocouple et une thermistance.

Lorsque les moyens de mesure MM comprennent un thermocouple, ce dernier peut, par exemple, être de type K. Mais tout thermocouple capable de mesurer la température interne Tint dans la plage de fonctionnement de la première prise électrique P1 à surveiller peut être utilisé.

Il est rappelé qu’une thermistance est un composant électronique dont la résistance change significativement en fonction de sa température. La détermination de sa résistance permet donc grâce à une loi mathématique de correspondance d’en déduire sa température. Toute thermistance capable de mesurer la température interne dans la plage de fonctionnement de la première prise électrique P1 à surveiller peut être utilisée. Lorsque les moyens de mesure MM comprennent une thermistance, cette dernière peut, par exemple, être couplée à un circuit électrique permettant de déterminer la valeur de la résistance de la thermistance. Ce circuit électrique peut, par exemple, être choisi parmi au moins un pont diviseur, un pont de Wheatstone et un générateur de courant.

En présence d’un pont diviseur de tension, la thermistance (de résistance Rj) doit être reliée à une tension d’alimentation V+, une résistance électrique R1 connue et bien dimensionnée doit être reliée à la masse électrique, et on doit prévoir un dispositif de mesure de la tension V1 aux bornes de la résistance R1 connue. D’après l’équation du pont diviseur de tension, la tension V1 s’écrit V1 = V+*R1 / (R1 + Rj), et donc la valeur de Rj est égale à R1 *(V^ - V1 ) / V1.

En présence d’un pont de Wheatstone, trois résistances R1, R2 et R3 bien dimensionnées doivent être associées à la thermistance (qui est reliée avec R2 à une tension d’alimentation V+), et l’on doit effectuer une mesure de la différence de tension ΔΥ entre les deux branches du pont. La valeur de la résistance Rt est alors donnée par la relation :

Rt = ((V/R1*(R1 + R2)) / (V/R1 - AV*(R1 + R2))) - R1.

En présence d’un générateur de courant stable en température, le courant est le même quelle que soit la température. Par conséquent, le courant I étant stable et connu, la mesure de la tension Vrt aux bornes de la thermistance permet d’en déduire la valeur de sa résistance Rt par la loi d’Ohm, soit Rt = Vrt / I.

Les moyens d’analyse MA sont agencés pour estimer une résistance de contact Rzc dans une zone de contact zc entre un premier moyen de contact MC1 et un second moyen de contact MC2 associé en fonction d’au moins une mesure de température interne Tint (fournie par les moyens de mesure MM), d’une mesure de température externe Text, d’une valeur I d’un courant circulant dans ce premier moyen de contact MC1, et d’un modèle électrothermique de la zone de contact zc.

La valeur I du courant électrique efficace est supposée connue. Elle est ici fournie par le dispositif de recharge du véhicule via un fil FL du premier faisceau F1. La température externe (ou ambiante) Text est déterminée par un capteur de température installé dans le véhicule et fournie par le dispositif de recharge du véhicule via le fil FL.

Dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 3, les moyens d’analyse MA sont installés à l’intérieur de la première prise électrique P1. Mais cela n’est pas obligatoire. En effet, ils pourraient, par exemple, être installés à l’extérieur de la première prise électrique P1, par exemple sur une face externe de cette dernière (P1), ou à l’intérieur de la gaine du premier faisceau F1, ou encore sur la gaine du premier faisceau F1. Ils pourraient également être implantés dans un calculateur du véhicule (dédié ou non dédié).

De préférence, les moyens d’analyse MA sont également agencés pour estimer un flux de chaleur φzc^cR sntre la zone de contact zc dans laquelle est déterminée la résistance de contact Rzc et le second faisceau F2 (ici du cordon de recharge CR) en fonction de cette résistance de contact Rzc, de la mesure de température interne Tint, de la mesure de température externe Text, de la valeur de courant I, et du modèle électrothermique (de la zone de contact zc).

Dans ce cas, les moyens d’analyse MA peuvent être également, et avantageusement, agencés pour générer un signal d’alarme lorsque la résistance de contact Rzc estimée est supérieure à un premier seuil s1 et/ou lorsque le flux de chaleur φzc^cR estimé est supérieur à un second seuil s2. L’expression « et/ou » précitée signifie que l’on peut avoir trois options de mise en œuvre de cette fonction de signalement de problème, à savoir une génération d’un signal d’alarme soit seulement lorsque la résistance de contact Rzc estimée est supérieure au premier seuil s1, soit seulement lorsque le flux de chaleur φzc^cR estimé est supérieur au second seuil s2, soit encore lorsque la résistance de contact Rzc estimée est supérieure au premier seuil s1 et le flux de chaleur φzc^cR estimé est supérieur au second seuil s2.

Le signal d’alarme peut se présenter sous différentes formes. En effet, il peut s’agir d’un signal lumineux qui est généré par au moins une diode des moyens d’analyse MA au niveau d’une fenêtre transparente de la première prise électrique P1 et/ou d’un signal sonore qui est généré, par exemple, par un bipeur (ou « buzzer ») des moyens d’analyse MA au niveau de trous définis dans la première prise électrique P1, ou au niveau de la planche de bord du véhicule. Dans l’exemple non limitatif de la figure 4, les moyens d’analyse MA comprennent des moyens de génération MG chargés de générer un signal lumineux et/ou un signal sonore.

On notera qu’en variante ou en complément le signal d’alarme peut être transmis au dispositif de recharge du véhicule via un fil dédié du premier faisceau F1, afin qu’il décide de limiter, voire de couper, le courant transféré pour éviter une surchauffe pouvant dégrader des composants. A titre d’exemple non limitatif, le modèle électrothermique (de la zone de contact zc) peut être défini par une première équation différentielle du premier ordre de la forme suivante :

où Tzc est la température de la zone de contact zc, t est le temps, Czc est la capacité thermique (connue) de la zone de contact zc, Rzc est la résistance de contact, I est la valeur de courant (connue), φzc^cR est le flux de chaleur, et Φινιαι^ζε est un autre flux de chaleur (connu) échangé entre le premier moyen de contact MC1 (objet de l’estimation de la résistance de contact Rzc) et la zone de contact zc.

Un tel modèle prend avantageusement en compte (et plus précisément agrège) le modèle électrothermique de chaque composant concerné (zone de contact zc, première prise électrique P1, fils électriques du premier faisceau F1, toron des fils électriques, premiers moyens de contact MC1).

Le rôle des moyens d’analyse MA est ici d’estimer la résistance de contact Rzc et le flux de chaleur φzc^cR qui sont inconnus.

Afin de comprendre plus facilement les traitements réalisés par les moyens d’analyse MA pour obtenir les estimations précitées, des explications sont données ci-dessous.

Tout d’abord on fait ici la supposition que la mesure de température interne Tint est réalisée au niveau d’une languette MC1, et donc que la seconde équation différentielle qui régit sa température est :

où Cmci est la capacité thermique de la languette MC1, Rmci est la résistance électrique de la languette MC1, et Φρι^μοι est le flux de chaleur échangé entre la languette MC1 et le reste des composants de la première prise électrique P1 et de son premier faisceau F1.

Dans cette dernière équation, tous les paramètres et toutes les expressions sont supposés connus. De façon simplifiée, le modèle électrothermique complet est donc constitué des deux équations différentielles indiquées ci-dessus.

Le terme Rzcl^ présent dans la première équation est homogène à un flux. φ|(ί) = Rzcl(t)^ est le flux de chaleur par effet Joule qui est produit par la résistance de contact Rzc, et φτ(ί) = φζο^ορ (t) -I- RzcKt)^ = Φzc«CR(t) + Φΐ(ΐ) est le flux de chaleur total inconnu de la première équation.

Comme illustré non limitativement sur la figue 4, les moyens d’analyse MA peuvent être agencés pour réaliser une boucle de contre-réaction propre à estimer une température Tint près de la zone de contact zc en fonction de la mesure de température interne Tint, de la mesure de température externe Tgxt, de la valeur de courant I, du modèle électrothermique, et d’un flux de chaleur total estimé φτ, et pour estimer ce dernier (φτ) en fonction d’une différence entre la mesure de température interne Tint et l’estimée Tint de la température près de la zone de contact zc.

Dans l’exemple non limitatif de la figue 4, les moyens d’analyse MA comprennent un module de soustraction MS chargé d’effectuer la différence entre Tint 6t Tinti un module de correction MCO chargé d’estimer φτ en fonction du résultat de la soustraction entre Tint 6t Tint fourni par le module de soustraction MS, et un module de traitement MT chargé d’estimer Tint, Rzc et

Φzc^CR

On comprendra que dans une telle boucle de contre-réaction le module de correction MCO est chargé d’assurer la convergence de Tint vers Tint de sorte que le flux total estimé φτ converge vers la valeur du flux total réel φτ· A titre d’exemple, ce module de correction MCO peut comprendre un régulateur de type CRONE, ou bien un filtre de type PIDF (« Proportionnel Intégral à Dérivée Filtrée >>).

Comme cela apparaît dans l’exemple de diagramme de la figure 5, illustrant des courbes d’évolution temporelle du flux total réel Φτ (relevé sur un banc d’essai) et du flux total estimé φτ, après un temps de convergence du module de correction MCO (ici égal à environ 100 secondes), le flux total réel Φτ est parfaitement reconstruit (aux bruits de mesure près). Ces courbes ont été obtenues en injectant un courant électrique constant à t = 0 dans une languette MCI (après une phase de repos dans laquelle le courant est nul pourt < 0).

Le flux total φτ dépendant du flux φzc^cR vers le cordon de recharge CR et du flux par effet Joule φ| qui est statique puisqu’il est simplement le produit de la résistance de contact Rzc par le carré du courant électrique I, on peut donc considérer que le flux par effet Joule φ| est constant si le courant (efficace) I est constant et si l’on suppose que la valeur de la résistance de contact Rzc reste constante pendant la durée de l’estimation. On en déduit alors que le flux par effet Joule φ| est immédiat lorsque le courant I est non nul. Ainsi, la première valeur du flux total φτ lorsque le courant électrique I est non nul, est exactement égal au flux par effet Joule φ|.

Si le module de correction MCO était extrêmement rapide, le flux par effet Joule φ) serait la première valeur du flux estimé et donc, sachant que le courant I est constant et connu, la résistance de contact Rzc serait donnée par le rapport Rzc = Φυ(1=0) /1^.

Il est toutefois impossible de concevoir un tel module de correction MCO du fait que plus il est rapide, plus le bruit de mesure est amplifié et dégrade restimation de façon significative. De plus, même si le flux φcR«zc vers le cordon de recharge CR présente une dynamique (contrairement au flux par effet Joule φ|), son effet reste relativement rapide notamment aux premiers instants puisque d’après la figure 5, le flux total φτ chute de plus de la moitié de sa valeur initiale (égale au flux par effet Joule φ|) en une dizaine de secondes.

Pour estimer la résistance de contact Rzc tout en utilisant un module de correction MCO relativement peu rapide mais capable d’atténuer le bruit de mesure, on peut procéder comme indiqué ci-après.

On suppose tout d’abord que le système liant la réponse du flux Φzc^cR vers le cordon de recharge CR à une sollicitation en courant électrique I est linéaire et qu’il peut être modélisé par un système du premier ordre. Ainsi, la réponse temporelle du flux φzc^cR vers le cordon de recharge CR à un échelon de courant I peut être approximée par

où K est un gain statique et τ est une constante de temps du modèle électrothermique. Par conséquent, le flux total peut être réécrit :

En faisant un développement en série entière de l’exponentielle, on obtient alors

Puis, après un développement de la dernière équation et factorisation des termes en t, on obtient

Après le temps de convergence du module de correction MCO, le flux total estimé φτ peut être considéré comme égal au flux total réel φτ. On peut alors, par exemple, relever des valeurs de φτ à plusieurs instants t, supérieurs au temps de convergence du module de correction MCO, ce qui permet d’obtenir le système matriciel suivant :

où Rzc, âi, §2, âg et §4 sont respectivement les valeurs estimées de Rzc, ai, a2, ^3 34.

En variante, on peut tout d’abord supposer que le système liant la réponse du flux φzc^cR vsfs le cordon de recharge CR à une sollicitation en courant électrique I est linéaire et qu’il peut être modélisé par un système du premier ordre. Ainsi, la réponse temporelle du flux φzc^cR vers le cordon de recharge CR à un échelon de courant I peut être approximée par φzc^cR

, où K est un gain statique, τ est une constante de temps du modèle électrothermique, et erf est la fonction erreur. Par conséquent, le flux total peut être réécrit :

, Puis, après un développement de la dernière équation et factorisation des termes en t, on obtient

Après le temps de convergence du module de correction MCO, le flux total estimé φτ peut être considéré comme égal au flux total réel φτ· On peut alors, par exemple, relever des valeurs de φτ à plusieurs instants t, supérieurs au temps de convergence du module de correction MCO, ce qui permet d’obtenir le système matriciel suivant :

où Rzc. âo, âi, 32, âg et §4 sont respectivement les valeurs estimées de Rzc, 3qj 3i> 32» ^3 ^4-

Dans le dernier système matriciel, la matrice M et le vecteur Φ sont forcément connus, seul le vecteur P ne l’est pas. Afin d’obtenir ce vecteur P on peut multiplier à gauche les deux membres du système matriciel par la matrice pseudo-inverse de M. On notera que la matrice pseudo-inverse de M n’est pas à recalculer à chaque fois, dès lors que les mêmes instants t, sont choisis. Ainsi, le vecteur P peut s’écrire : P = Μ"^Φ, où est la matrice pseudo-inverse de M.

La résistance de contact Rzc peut alors être obtenue en extrayant simplement le premier élément du vecteur P.

On notera que la précision de la valeur de la résistance de contact Rzc peut être améliorée en initialisant la sortie du module de correction MCO à la valeur du flux par effet Joule φ| généré par une valeur nominale de la résistance de contact Rzc (au lieu d’une valeur nulle comme sur la figure 5). Cela permet en effet d’accélérer la convergence du module de correction MCO.

Une fois que la résistance de contact Rzc a été estimée, on peut estimer le flux φzc^cR vers le cordon de recharge CR à partir de la connaissance du courant électrique I et du flux total φτ :

Après la convergence du module de correction MCO, la dernière équation permet d’écrire

est le flux estimé vers le cordon de recharge CR.

Les valeurs estimées $zc«cr du flux vers le cordon de recharge CR peuvent alors, par exemple, être comparées au second seuil s2.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif d’analyse (DA) pour une première prise électrique (P1) comprenant au moins deux premiers moyens de contact (MC1) connectés à un premier faisceau (F1) et destinés à être couplés à des seconds moyens de contact (MC2) faisant partie d’une seconde prise électrique (P2) et connectés à un second faisceau (F2), caractérisé en ce qu’il comprend i) des moyens de mesure (MM) propres à être installés dans ladite première prise électrique (P1) au voisinage d’au moins l’un desdits premiers moyens de contact (MC1) et agencés pour délivrer des mesures de température interne, et ii) des moyens d’analyse (MA) agencés pour estimer une résistance de contact dans une zone de contact (zc) entre un premier moyen de contact (MC1 ) et un second moyen de contact (MC2) associé en fonction d’au moins une mesure de température interne, d’une mesure de température externe, d’une valeur d’un courant circulant dans ce premier moyen de contact (MC1), et d’un modèle électrothermique de ladite zone de contact (zc).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d’analyse (MA) sont agencés pour estimer un flux de chaleur entre ladite zone de contact (zc) dans laquelle est déterminée ladite résistance de contact et ledit second faisceau (F2) en fonction de cette résistance de contact, de ladite mesure de température interne, de ladite mesure de température externe, de ladite valeur de courant, et dudit modèle électrothermique.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d’analyse (MA) sont agencés pour générer un signal d’alarme lorsque ladite résistance de contact estimée est supérieure à un premier seuil et/ou lorsque ledit flux de chaleur estimé est supérieur à un second seuil.
4. Dispositif selon l’une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit modèle électrothermique dela zone de contact (zc) est défini par l’équation

où T^c est une température de la zone de contact (zc), t est le temps, Czc est la capacité thermique de ladite zone de contact (zc), Rzc est ladite résistance de contact, I est ladite valeur de courant, φzc^cR est ledit flux de chaleur, et φΜοι^ζε est un autre flux de chaleur échangé entre ledit premier moyen de contact (MC1) et ladite zone de contact (zc).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d’analyse (MA) sont agencés pour réaliser une boucle de contre-réaction propre à estimer une température dans ladite zone de contact (zc) en fonction de ladite mesure de température interne, de ladite mesure de température externe, de ladite valeur de courant, dudit modèle électrothermique, et d’un flux de chaleur total estimé, et pour estimer ce dernier en fonction d’une différence entre ladite mesure de température interne et ladite estimée de la température dans ladite zone de contact (zc).
6. Dispositif selon l’une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ledit flux de chaleur φzc^cR ®st approximé par

où K est un gain statique, τ est une constante de temps dudit modèle électrothermique, et erf désigne la fonction erreur.
7. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure (MM) comprennent un équipement choisi dans un groupe comprenant un thermocouple et une thermistance.
8. Prise électrique (P1) comprenant au moins deux premiers moyens de contact (MC1) connectés à un premier faisceau (F1) et destinés à être couplés à des seconds moyens de contact (MC2) faisant partie d’une autre prise électrique (P2) et connectés à un second faisceau (F2), caractérisée en ce qu’elle comprend un dispositif d’analyse (DA) selon l’une des revendications précédentes.
9. Véhicule, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une prise électrique (P1) selon la revendication 8.
10. Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite prise électrique (PI) fait partie d’un dispositif de recharge d’au moins une batterie embarquée.