FR3102032A1 - Dispositif de commande pour un système de chauffage d’un fluide - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif de commande d’un système de chauffage d’un fluide (F), de préférence un fluide liquide, pour un véhicule automobile, comprenant au moins un élément électrique chauffant (101) configuré pour chauffer le fluide (F) , le dispositif de commande (1) comprenant :- une première une deuxième sources électriques, une tension délivrée par la première source électrique étant inférieure à une tension délivrée par la deuxième la deuxième source électrique,- un premier interrupteur (2) connecté à l’élément chauffant (101) et un deuxième interrupteur (3) connecté à l’élément chauffant (101),- un capteur de mesure d’une température (T1) et un microcontrôleur (4) associés au premier interrupteur électronique (2), le microcontrôleur (4) étant configuré pour ouvrir ou fermer le premier interrupteur (2) selon la valeur de première température mesurée (T1), ledit microcontrôleur (4) étant alimenté par la première source électrique.
Figure de l’abrégé : Figure 1
Description
L’invention concerne un dispositif de commande pour système de chauffage d’un fluide, de préférence liquide, pour véhicule automobile, notamment électrique ou hybride.
De façon connue, un tel système de chauffage d’un fluide, de préférence liquide, comprend un élément électrique chauffant et une chambre conformée pour que le fluide soit chauffé par ledit élément électrique dans la chambre.
Le dispositif de commande de l’élément électrique chauffant inclut généralement au moins un transistor de puissance, alimenté par une tension haute et dont une grille est pilotée par un circuit alimenté par une tension basse. La tension haute est par exemple de l’ordre de 350 V tandis que la tension basse est de l’ordre de 12 V.
En cas de défaillance du transistor de puissance, le dispositif de chauffage peut fonctionner en permanence, ce qui engendre, lorsque l’eau entre en ébullition et s’évapore, un risque d’incendie qui n’est pas acceptable, en particulier au vu de la norme ISO 26262.
Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient.
Résumé
A cet effet, il est proposé un dispositif de commande d’un système de chauffage d’un fluide, de préférence un fluide liquide, pour un véhicule automobile, comprenant au moins un élément électrique chauffant configuré pour chauffer le fluide, le dispositif de commande comprenant une première source électrique et une deuxième source électrique, une tension délivrée par la première source électrique étant inférieure à une tension délivrée par la deuxième source électrique, un premier interrupteur électronique apte à être connecté à l’élément électrique chauffant et un deuxième interrupteur électronique apte à être connecté à l’élément électrique chauffant, un capteur de mesure d’une première température et un microcontrôleur associés au premier interrupteur électronique, le microcontrôleur étant configuré pour ouvrir ou fermer le premier interrupteur selon la valeur de première température mesurée, ledit microcontrôleur étant alimenté par la première source électrique.
Selon un autre aspect, le microcontrôleur est disposé en aval ou en amont dudit au moins un élément chauffant relativement à un sens de circulation du courant.
Selon un autre aspect, le dispositif comprend un capteur de mesure d’une deuxième température et un module de contrôle logique associés au deuxième interrupteur électronique et comprenant un comparateur agencé pour comparer la deuxième température mesurée à un seuil, le module étant configuré pour ouvrir ou fermer le deuxième interrupteur selon le résultat de la comparaison.
Selon un autre aspect, le dispositif comprend un bloc logique ET dont une entrée est connectée à une sortie du comparateur et une autre entrée est connectée au microcontrôleur.
Selon un autre aspect, le module est alimenté par la première source électrique ou la deuxième source électrique.
Selon un autre aspect, le module est disposé en amont dudit au moins un élément chauffant relativement à un sens de circulation du courant.
Selon un autre aspect, la tension délivrée par la première source est comprise entre 5V et 20V et la tension délivrée par la deuxième source est comprise entre 300V et 400V.
Selon un autre aspect, il est proposé un système de chauffage d’un fluide, notamment liquide, comprenant un élément électrique chauffant et un dispositif de commande tel que décrit précédemment.
D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
Fig. 1
Fig. 2
Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l’essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente divulgation, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
Comme visible sur les figures, l’invention a pour objet un dispositif de commande 1 pour un système de chauffage d’un fluide 100, de préférence un fluide liquide, pour un véhicule automobile.
Le système de chauffage 100 comprend un élément électrique chauffant, 101. L’élément chauffant 101 est avantageusement un tube cylindrique chauffant comprenant une résistance chauffante R de type piste sérigraphiée, ou de type à coefficient de température positif ou un tube cylindrique chauffant de type résistance blindée.
Le système de chauffage 100 comprend également une chambre 102 dans laquelle circule le fluide liquide F, par exemple de l’eau glycolée, et dans laquelle est plongé l’élément chauffant 101, de sorte que le fluide F est chauffé par l’élément électrique chauffant 101 dans la chambre 102.
Comme visible sur la figure 1, le dispositif de commande 1 est réparti suivant quatre zones, notées A, B, C et D et qui correspondent respectivement à une partie dite :
- amont, basse tension (soit HS, LV pour « high side » et « low voltage », en anglais),
- amont, tension élevée (soit HS, HV pour « high side » et « high voltage », en anglais),
- aval, basse tension (soit LS, LV pour « low side » et « low voltage », en anglais), et
- aval, tension élevée (soit LS, HV, pour « low side » et «high voltage », en anglais).
- amont, basse tension (soit HS, LV pour « high side » et « low voltage », en anglais),
- amont, tension élevée (soit HS, HV pour « high side » et « high voltage », en anglais),
- aval, basse tension (soit LS, LV pour « low side » et « low voltage », en anglais), et
- aval, tension élevée (soit LS, HV, pour « low side » et «high voltage », en anglais).
Les zones A, B, C et D sont délimitées par des pointillés sur la figure 1.
Par amont, on entend en amont de la résistance 101 relativement au sens du courant. Par aval, on entend en aval de la résistance 101 relativement au sens du courant.
Les composants faisant partie des zones B et D sont alimentés par la tension élevée et les zones B et D forment le côté dit tension élevée HV. La tension élevée est comprise entre 300V et 400V, notamment entre 320V et 370V, par exemple de l’ordre de 350V.
Les composants faisant partie des zones A et C sont alimentés par la tension basse et les zones A et C forment le côté dit basse tension LV. La basse tension est comprise entre 5V et 20V, par exemple 12V ou 15V.
Le dispositif de commande 1 comprend, à l’interface entre les quatre zones A, B, C, D, une alimentation à découpage de type dit « flyback » 10, comportant de manière connue un transformateur connecté à la source électrique basse tension, et permettant d’alimenter électriquement divers éléments du dispositif de commande 1.
Comme il ressort également de la figure, le dispositif 1 comprend un premier interrupteur électronique 2 et un deuxième interrupteur électronique 3.
De préférence, le premier et le deuxième interrupteurs 2, 3 sont des transistors de puissance de type bipolaire à grille isolée, dits IGBT (pour Insulated Gate Bipolar Transistor, en anglais).
Le premier interrupteur 2 est disposé dans la zone D tandis que le deuxième interrupteur 3 est disposé dans la zone B.
Comme également visible sur la figure 1, les transistors 2, 3 sont reliés en série à l’élément électrique chauffant 101 entre deux potentiels notés HV+ et HV- (pour High Voltage, tension élevée, en anglais). La tension HV+ est par exemple de l’ordre de 350V, comme déjà indiqué.
Le dispositif de commande 1 comprend également un microcontrôleur 4 associé au premier interrupteur 2 et configuré pour ouvrir ou fermer le premier interrupteur 2, ainsi qu’un module 5 de contrôle logique du deuxième interrupteur 3.
On note que le module de contrôle logique 5 se distingue d’un microcontrôleur en ce qu’il comprend moins d'étapes de traitement du signal. En particulier, le module est dépourvu de convertisseur analogique/numérique. De plus, il existe une connexion directe de la source de courant au comparateur dont il est muni, détaillé ultérieurement. Le module de contrôle logique n'a que la fonction pour laquelle il est conçu, contrairement au microcontrôleur qui fonctionne selon sa programmation (avec le « software », en anglais).
Comme illustré sur la figure 1, le microcontrôleur 4 est alimenté en basse tension.
Cette configuration est avantageuse dans la mesure où elle facilite le recueil par le microcontrôleur 4 d’une large variété d’informations. En particulier, le positionnement du microcontrôleur 4 côté basse tension assure que le microcontrôleur est physiquement au plus proche de certains capteurs, notamment des capteurs de température (détaillés ultérieurement), ce qui assure une grande fiabilité et une grande réactivité du dispositif de commande 1. Au contraire, positionner le microcontrôleur 4 côté haute tension augmente la distance avec les capteurs, puisqu’il est alors nécessaire de prévoir une distance supplémentaire d’isolement électrique.
Sur la figure 1, le microcontrôleur 4 fait partie de la zone C.
Le microcontrôleur 4 est configuré pour piloter le transistor 2. Par exemple, le microcontrôleur 4 applique une tension basse, notamment de l’ordre de 12V, à la grille du transistor 2 pour fermer le transistor 2 et une tension nulle pour ouvrir le transistor 2.
Comme il ressort également de la figure 1, le dispositif de commande 1 comprend un capteur de température, par exemple de type PTC ou NTC, pour mesurer une première température T1. La température T1 est mesurée dans la chambre 102 ou à proximité de celle-ci (par exemple sur l’enveloppe interne ou externe de la chambre 102) afin de déterminer directement ou indirectement la température du fluide circulant dans le système de chauffage 100.
Le microcontrôleur 4 est configuré pour ouvrir le transistor 2 quand T1 est supérieure à une valeur seuil.
Le dispositif de commande 1 comprend également un capteur de température, par exemple de type PTC ou NTC, pour mesurer la deuxième température T2. La température T2 est mesurée dans la chambre 102 ou à proximité de celle-ci (par exemple sur l’enveloppe interne ou externe de la chambre 102) afin de déterminer directement ou indirectement la température du fluide circulant dans le système de chauffage 100.
Le module 5 est disposé lui aussi côté basse tension, de préférence dans la zone A.
Comme visible sur la figure 2, le module 5 comprend un comparateur 6 agencé pour comparer la deuxième température T2 mesurée à une température seuil S, et un bloc logique ET, référencé 7.
Le bloc 7 présente deux entrées, l’une, 7-1, des entrées étant connectée à la sortie du comparateur 6 et l’autre, 7-2, des entrées étant connectée à un signal marche/arrêt envoyé par le microcontrôleur 4.
Le module 5 comprend également un moyen de commande 8 de la grille du transistor 3 connecté à la sortie du bloc 7 et configuré pour ouvrir ou fermer le deuxième interrupteur 3 selon l’état de la sortie du bloc 7.
Ainsi, le moyen de commande de grille 8 est configuré pour ouvrir le transistor 3 si T2 est supérieure à une valeur seuil et si le microcontrôleur 4 le pilote.
On note que les valeurs seuil auxquelles sont comparées T1 et T2 sont avantageusement identiques.
Le dispositif 1 assure que, en cas de défaillance, si la température T1 et/ou la température T2 devient supérieure à la valeur seuil, alors le premier transistor 2 et/ou le deuxième transistor 3 s’ouvre, grâce au microcontrôleur 4 et/ou au module 5, ce qui permet d’éviter tout risque d’incendie.
Comme également visible sur la figure 1, le dispositif de commande 1 comprend un connecteur basse tension 9. Comme déjà indiqué, la basse tension est comprise entre 5V et 20V, par exemple 12V ou 15V.
Comme illustré aussi sur la figure 1, avantageusement, le dispositif de commande 1 comprend un élément de pilotage et d’isolation (par exemple de type UVLO, pour « undervoltage lockout », c’est-à-dire verrouillage de sous-tension, en anglais) 11 intermédiaire entre le microcontrôleur 4 et le transistor 2 (autrement dit, si la tension est inférieure à une certaine valeur, le moyen de commande 8 coupe l’alimentation de l’IGBT) , et un autre élément de pilotage et d’isolation (par exemple de type UVLO) 12 intermédiaire entre le module 5 et le transistor 3.
On note que le microcontrôleur 4 est configuré pour centraliser plusieurs données.
Par exemple, le microcontrôleur 4 est configuré pour recueillir un signal électrique issu d’un capteur de température mesurant la température d’eau en entrée de la chambre 102, et/ou en sortie de la chambre 102 et/ou un capteur de détection d’eau (pour vérifier la présence ou non d’eau dans la chambre, ou d’un niveau d’eau suffisant dans la chambre) et/ou d’autre(s) capteur(s) disposés côté basse tension.
Avantageusement, le microcontrôleur 4 est configuré pour communiquer avec divers composants de sécurité, tel qu’un verrouillage HVIL (pour « High voltage interlock », verrouillage haute tension, en anglais) pour éviter que soit généré un arc électrique au moment de déconnecter, et/ou un composant de type chien de garde pour contrôler l’activité du microcontrôleur 4.
De préférence, le microcontrôleur 4 est configuré pour communiquer avec un panneau de contrôle via un bus LIN (pour « Local interconnect network », en anglais, réseau interconnecté local, en français).
On note que le microcontrôleur 4 peut être configuré pour vérifier la cohérence des températures T1 et T2 et pour ouvrir le premier transistor 2 si T1 et T2 ne sont pas cohérentes (leur différence étant supérieure, en valeur absolue, à un seuil, qu’on peut choisir nul).
On note également que le microcontrôleur 4 peut piloter plusieurs, avantageusement trois, transistors 2 disposés en parallèle.
Selon une alternative non illustrée, le positionnement du microcontrôleur 4 et du module 5 sont inversés, c’est-à-dire que le microcontrôleur est disposé en amont et le module 5 en aval. Dans ce cas, la commutation des interrupteurs 2, 3 est réalisée par l’interrupteur 3 contrôlé par le microcontrôleur 4. Selon cette alternative, le pilotage de la résistance chauffante se fait via l’interrupteur 3 tandis que la protection contre une défaillance du système de chauffage et des occupants du véhiculeest réalisée par l’interrupteur 2 via le module 5.Grâce à la présente invention, il est possible de détecter de façon fiable une défaillance au niveau des transistors de puissance, ce qui permet de préserver le système de chauffage associé et protéger les occupants du véhicule automobile équipé par le système.
Le positionnement côté basse tension du microcontrôleur 4 assure une centralisation facilitée d’un grand nombre de mesures et une meilleure performance du dispositif de commande 1 tout permettant une grande sécurité, le microcontrôleur 4 pouvant être touché par un utilisateur.
Claims (10)
- Dispositif de commande d’un système de chauffage d’un fluide (F), de préférence un fluide liquide, pour un véhicule automobile, comprenant au moins un élément électrique chauffant (101) configuré pour chauffer le fluide (F) , le dispositif de commande (1) comprenant :
- une première source électrique et une deuxième source électrique, une tension délivrée par la première source électrique étant inférieure à une tension délivrée par la deuxième source électrique,
- un premier interrupteur électronique (2) apte à être connecté à l’élément électrique chauffant (101) et un deuxième interrupteur électronique (3) apte à être connecté à l’élément électrique chauffant (101),
- un capteur de mesure d’une première température (T1) et un microcontrôleur (4) associés au premier interrupteur électronique (2), le microcontrôleur (4) étant configuré pour ouvrir ou fermer le premier interrupteur (2) selon la valeur de première température mesurée (T1),
ledit microcontrôleur (4) étant alimenté par la première source électrique. - Dispositif de commande selon la revendication précédente, comprenant :
- un capteur de mesure d’une deuxième température (T2) et un module de contrôle logique (5) associés au deuxième interrupteur électronique (3) et comprenant un comparateur (6) agencé pour comparer la deuxième température mesurée (T2) à un seuil, le module (5) étant configuré pour ouvrir ou fermer le deuxième interrupteur (3) selon le résultat de la comparaison. - Dispositif selon la revendication précédente, comprenant un bloc logique ET dont une entrée est connectée à une sortie du comparateur et une autre entrée est connectée au microcontrôleur (4).
- Dispositif selon l’une des revendications 2 ou 3, dans lequel le module (5) est disposé en amont dudit au moins un élément chauffant (101) relativement à un sens de circulation du courant.
- Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la tension délivrée par la première source est comprise entre 5V et 20V et la tension délivrée par la deuxième source est comprise entre 300V et 400V.
- Dispositif de commande selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le microcontrôleur (4) est disposé en aval dudit au moins un élément chauffant (101) relativement à un sens de circulation du courant.
- Dispositif de commande selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le microcontrôleur (4) est disposé en amont dudit au moins un élément chauffant (101) relativement à un sens de circulation du courant.
- Dispositif selon l’une des revendications 2 à 4 ou selon l’une des revendications 5 à 7 prise dans sa dépendance de la revendication 2, dans lequel le module (5) est alimenté par la première source électrique.
- Dispositif selon l’une des revendications 2 à 4 ou selon l’une des revendications 5 à 7 prise dans sa dépendance de la revendication 2, dans lequel le module (5) est alimenté par la deuxième source électrique.
- Système de chauffage d’un fluide, notamment liquide, comprenant un élément électrique chauffant (101) et un dispositif de commande selon l’une des revendications précédentes.
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2019
- 2019-10-09 FR FR1911211A patent/FR3102032A1/fr active Pending
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