FR3133496A1 - METHOD FOR CONTROLLING A HIGH VOLTAGE NETWORK WITH A BATTERY POWERING AN ELECTRIC MACHINE VIA AN ISOLATION DEVICE WITH CONTACTORS - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de contrôle d’un réseau haute tension comprenant une batterie (B) principale alimentant une machine électrique (M) via un dispositif d’isolement comprenant deux contacteurs principaux (K2, K3) se trouvant respectivement sur une branche positive ou négative du dispositif d’isolement reliant soit un pôle positif ou négatif de la batterie (B) à la machine électrique (M). Des différences de tension associées respectivement à un des deux contacteurs principaux (K2, K3) sont surveillées à des intervalles de temps respectifs. Si au moins l’une des différences de tension surveillées dépasse un seuil de tension prédéterminé pendant au moins une durée de dépassement prédéterminée, il est détecté une surtension en sortie d’au moins l’un des deux contacteurs principaux (K2, K3), une réduction d’une puissance électrique de la machine électrique (M) et une mémorisation permanente d’un défaut de surtension étant alors effectuées. FIGURE 1The invention relates to a method for controlling a high voltage network comprising a main battery (B) supplying an electrical machine (M) via an isolation device comprising two main contactors (K2, K3) located respectively on a positive branch or negative of the isolation device connecting either a positive or negative pole of the battery (B) to the electric machine (M). Voltage differences associated respectively with one of the two main contactors (K2, K3) are monitored at respective time intervals. If at least one of the monitored voltage differences exceeds a predetermined voltage threshold for at least a predetermined excess duration, an overvoltage is detected at the output of at least one of the two main contactors (K2, K3), a reduction in electrical power of the electric machine (M) and permanent memorization of an overvoltage fault are then carried out. FIGURE 1
Description
La présente invention concerne un procédé de contrôle de surtension dans un réseau haute tension avec batterie alimentant une machine électrique via un dispositif d’isolement à contacteurs. La présente invention concerne aussi un réseau électrique haute tension protégé par un tel procédé.The present invention relates to a method for controlling overvoltage in a high voltage network with a battery supplying an electrical machine via an isolation device with contactors. The present invention also relates to a high voltage electrical network protected by such a method.
De tels procédé et réseau électrique trouvent une application avantageuse mais non limitative pour des moyens de transport à propulsion électrique par une batterie de traction via un réseau de traction haute tension, notamment mais pas uniquement un véhicule automobile électrique ou hybride.Such a method and electrical network find an advantageous but non-limiting application for means of transport electrically propelled by a traction battery via a high-voltage traction network, in particular but not only an electric or hybrid automobile vehicle.
Il est connu qu’il peut se produire des surtensions à la fermeture des contacteurs principaux dans un réseau haute tension comportant une batterie principale alimentant une machine électrique.It is known that overvoltages can occur when the main contactors close in a high voltage network comprising a main battery supplying an electrical machine.
Il a été proposé une protection contre des surtensions dans le réseau haute tension se faisant par la surveillance des surtensions en sortie d’un module de puissance ou batterie principale.Protection against overvoltages in the high voltage network has been proposed by monitoring overvoltages at the output of a power module or main battery.
Il s’est cependant avéré que des surtensions peuvent apparaître non pas du fait de la batterie mais lors de la fermeture des contacteurs, notamment de contacteurs principaux sur des branches du réseau de traction reliant directement la batterie à la machine électrique.However, it has turned out that overvoltages can appear not due to the battery but when contactors are closed, in particular main contactors on branches of the traction network directly connecting the battery to the electrical machine.
Les surtensions peuvent dégrader la durée de vie des organes électriques présents dans le réseau haute tension. On peut ainsi non seulement endommager la machine électrique, un ou des convertisseurs de courant continu en continu quand présents mais aussi endommager la batterie.Overvoltages can degrade the lifespan of electrical components present in the high voltage network. We can thus not only damage the electrical machine, one or more direct current converters when present, but also damage the battery.
On définit un pack batterie ou bloc de batterie par la réunion des divers organes suivants. Le premier organe est la batterie elle-même ou batterie principale constituée de modules de puissance qui contiennent et stockent l’énergie électrique du pack batterie, les modules de puissance étant dotés d’une armature de maintien.A battery pack or battery block is defined by the combination of the following various bodies. The first component is the battery itself or main battery made up of power modules which contain and store the electrical energy of the battery pack, the power modules being equipped with a holding frame.
Le bloc comprend aussi un module de pilotage formé par le boîtier d’état de charge de la batterie précédemment mentionné ainsi qu’éventuellement un système de refroidissement/réchauffage des modules de puissance.The block also includes a control module formed by the battery charge status box previously mentioned as well as possibly a cooling/heating system for the power modules.
La batterie principale alimente une machine électrique via un dispositif d’isolement muni de contacteurs. Ce sont ces contacteurs ou une partie de ces contacteurs qui peuvent générer des surtensions lors de leur fermeture, notamment des contacteurs dits contacteurs principaux se trouvant sur des branches du réseau de traction reliant la batterie à la machine électrique.The main battery powers an electrical machine via an isolation device equipped with contactors. It is these contactors or part of these contactors which can generate overvoltages when they are closed, in particular contactors called main contactors located on branches of the traction network connecting the battery to the electrical machine.
Le document FR2801441-B1 décrit un dispositif pour écrêter des surtensions susceptibles d'être générées par un équipement de puissance sur un réseau de bord de véhicule. Ceci est effectué par des moyens écrêteurs présents sur le réseau de bord.Document FR2801441-B1 describes a device for clipping overvoltages likely to be generated by power equipment on a vehicle on-board network. This is done by clipping means present on the on-board network.
Par contre, ce document ne décrit aucun moyen de détection de possibles surtensions aux bornes de contacteurs d’un dispositif d’isolement présent dans un réseau haute tension.On the other hand, this document does not describe any means of detecting possible overvoltages at the contactor terminals of an isolation device present in a high voltage network.
Le problème à la base de la présente invention est, pour un réseau haute tension reliant notamment une batterie de traction à une machine électrique via un dispositif d’isolement, de surveiller quasiment en temps réel que la fermeture d’au moins une partie des contacteurs du dispositif d’isolement ne génère pas de surtension dans le réseau haute tension.The problem underlying the present invention is, for a high voltage network connecting in particular a traction battery to an electrical machine via an isolation device, to monitor almost in real time that the closing of at least part of the contactors of the isolation device does not generate overvoltage in the high voltage network.
A cet effet la présente invention concerne un procédé de contrôle d’un réseau haute tension comprenant une batterie principale alimentant une machine électrique via un dispositif d’isolement muni de contacteurs dont deux contacteurs dits principaux se trouvant respectivement sur une branche positive ou négative du dispositif d’isolement reliant soit un pôle positif ou négatif de la batterie à la machine électrique, caractérisé en ce que des différences de tension associées respectivement à un des deux contacteurs principaux sont surveillées à des intervalles de temps respectifs prédéterminés, une première différence de tension associée au contacteur principal de la branche positive étant entre un point de tension directement en aval du contacteur principal de la branche positive par rapport à la batterie et un point de tension directement en aval de la borne négative de la batterie tandis qu’une deuxième différence de tension associée au contacteur principal de la branche négative étant entre un point de tension directement en aval du contacteur principal de la branche positive par rapport à la batterie de traction et un point de tension directement en aval du contacteur principal de la branche négative et, si au moins l’une des différences de tension surveillées dépasse un seuil de tension prédéterminé pendant au moins une durée de dépassement prédéterminée lui étant associée, il est détecté une surtension en sortie d’au moins l’un des deux contacteurs principaux, une réduction d’une puissance électrique de la machine électrique et une mémorisation permanente d’un défaut de surtension étant alors effectuées.To this end, the present invention relates to a method for controlling a high voltage network comprising a main battery supplying an electrical machine via an isolation device provided with contactors including two so-called main contactors located respectively on a positive or negative branch of the device insulation connecting either a positive or negative pole of the battery to the electrical machine, characterized in that voltage differences associated respectively with one of the two main contactors are monitored at respective predetermined time intervals, a first associated voltage difference to the main contactor of the positive branch being between a voltage point directly downstream of the main contactor of the positive branch relative to the battery and a voltage point directly downstream of the negative terminal of the battery while a second difference of voltage associated with the main contactor of the negative branch being between a voltage point directly downstream of the main contactor of the positive branch with respect to the traction battery and a voltage point directly downstream of the main contactor of the negative branch and, if at least one of the monitored voltage differences exceeds a predetermined voltage threshold for at least a predetermined excess duration associated with it, an overvoltage is detected at the output of at least one of the two main contactors, a reduction of 'an electrical power of the electrical machine and a permanent memorization of an overvoltage fault are then carried out.
La présente invention consiste à développer une stratégie, avantageusement dans le boîtier d’état de charge de la batterie, pour surveiller les surtensions dans le réseau haute tension en sortie des contacteurs principaux du dispositif d’isolement, lors de la fermeture de ces derniers, afin d’éviter la dégradation des organes électriques, par exemple de la machine électrique, d’un ou de convertisseurs courant continu en courant continu et de tout organe présent dans le réseau haute tension.The present invention consists of developing a strategy, advantageously in the battery state of charge box, for monitoring overvoltages in the high voltage network at the output of the main contactors of the isolation device, when closing the latter, in order to avoid degradation of electrical components, for example of the electrical machine, of one or more direct current to direct current converters and of any component present in the high voltage network.
Ceci permet d’assurer la protection des organes électriques dans ou connectés au réseau électrique haute tension particulièrement vis-à-vis du risque d’incendie ou d’électrocution. Il est ainsi créé une fonction qui surveille la tension à la sortie des contacteurs principaux du réseau haute tension, afin de vérifier que le réseau haute tension ne subisse pas de surtension en phase de mise en tension du réseau haute tension.This ensures the protection of electrical components in or connected to the high voltage electrical network, particularly with regard to the risk of fire or electrocution. A function is thus created which monitors the voltage at the output of the main contactors of the high voltage network, in order to verify that the high voltage network is not experiencing an overvoltage during the tensioning phase of the high voltage network.
La signalisation d’un défaut de surtension ainsi que sa mémorisation permettent de prévenir un opérateur, par exemple un conducteur de véhicule automobile et d’orienter un réparateur ou un service après-vente sur la source du problème.Signaling an overvoltage fault and memorizing it makes it possible to warn an operator, for example a motor vehicle driver, and to direct a repairer or after-sales service to the source of the problem.
Ceci permet aussi de sécuriser le réseau haute tension en cas de surtension et, le cas échéant l’équipement, par exemple un moyen de transport, qui utilise un tel réseau haute tension.This also makes it possible to secure the high voltage network in the event of an overvoltage and, where applicable, the equipment, for example a means of transport, which uses such a high voltage network.
Avantageusement, le seuil de tension prédéterminé est une valeur calibrable dépendante des caractéristiques des deux contacteurs principaux, d’une tension maximale à charge complète de la batterie de traction ainsi que de son état de charge en vigueur et des caractéristiques de la machine électrique.Advantageously, the predetermined voltage threshold is a calibrated value dependent on the characteristics of the two main contactors, a maximum voltage at full charge of the traction battery as well as its current state of charge and the characteristics of the electrical machine.
Avantageusement, quand le réseau de traction comprend un chargeur embarqué à courant continu, la valeur calibrable du seuil de tension prédéterminé est aussi dépendante des caractéristiques du chargeur embarqué à courant continu.Advantageously, when the traction network includes an on-board direct current charger, the calibrated value of the predetermined voltage threshold is also dependent on the characteristics of the on-board direct current charger.
Avantageusement, la puissance électrique de la machine électrique est réduite entre 5kW et 20kW dans un premier intervalle de temps prédéterminé en dépendance d’une tension en vigueur de la batterie avec, le cas échéant, lors d’une charge de la batterie principale, une limitation d’une intensité de courant de recharge à 50% d’une intensité de courant de recharge acceptable prédéterminée dans une cartographie de recharge s’effectuant en un deuxième intervalle de temps prédéterminé.Advantageously, the electrical power of the electric machine is reduced between 5kW and 20kW in a first predetermined time interval depending on a current voltage of the battery with, where appropriate, during charging of the main battery, a limitation of a charging current intensity to 50% of a predetermined acceptable charging current intensity in a charging map carried out in a second predetermined time interval.
Avantageusement, le seuil de tension prédéterminé est supérieur de 10 à 30% à la tension maximale nominale de la batterie, les durées de dépassement prédéterminées associées respectivement à un des deux contacteurs principaux étant entre 50 et 500 millisecondes en pouvant être différentes l’une de l’autre.Advantageously, the predetermined voltage threshold is 10 to 30% greater than the nominal maximum voltage of the battery, the predetermined overrun times associated respectively with one of the two main contactors being between 50 and 500 milliseconds, being able to be different from one of the two main contactors. the other.
Avantageusement, si ladite au moins l’une des différences de tension surveillées ayant dépassée le seuil de tension prédéterminé pendant une durée de dépassement prédéterminée associée repasse en dessous du seuil de tension prédéterminé pendant une durée de retour en dessous du seuil de tension prédéterminé qui est associée à ladite au moins une des tensions surveillées, le défaut de surtension en sortie d’au moins l’un des deux contacteurs principaux dans le réseau haute tension n’est plus en vigueur mais reste mémorisé et la réduction de puissance électrique de la machine électrique n’est plus maintenue.Advantageously, if said at least one of the monitored voltage differences having exceeded the predetermined voltage threshold for an associated predetermined excess duration returns below the predetermined voltage threshold for a duration of return below the predetermined voltage threshold which is associated with said at least one of the monitored voltages, the overvoltage fault at the output of at least one of the two main contactors in the high voltage network is no longer in force but remains memorized and the reduction in electrical power of the machine electrical is no longer maintained.
Avantageusement, la durée de retour en dessous du seuil de tension prédéterminé est calibrée entre 50 et 500 millisecondes.Advantageously, the duration of return below the predetermined voltage threshold is calibrated between 50 and 500 milliseconds.
Avantageusement, chaque intervalle de temps respectif prédéterminé de surveillance des différences de tension associées respectivement à un des deux contacteurs principaux est supérieur ou égal à 10 millisecondes.Advantageously, each respective predetermined time interval for monitoring the voltage differences associated respectively with one of the two main contactors is greater than or equal to 10 milliseconds.
L’invention concerne aussi un réseau haute tension comprenant une batterie principale alimentant une machine électrique via un dispositif d’isolement muni de contacteurs dont deux contacteurs dits principaux se trouvant respectivement sur une branche du dispositif d’isolement reliant soit un pôle positif ou négatif de la batterie principale à la machine électrique, le réseau haute tension étant piloté par un boîtier d’état de charge de la batterie, caractérisé en ce que le boîtier d’état de charge de la batterie comprend des moyens requis pour mettre en œuvre un tel procédé de protection de la batterie principale.The invention also relates to a high voltage network comprising a main battery powering an electrical machine via an isolation device provided with contactors including two so-called main contactors located respectively on a branch of the isolation device connecting either a positive or negative pole of the main battery to the electric machine, the high voltage network being controlled by a battery state of charge box, characterized in that the battery state of charge box comprises means required to implement such main battery protection method.
L’invention concerne enfin un moyen de transport comportant au moins un moteur à propulsion électrique associé ou non à un moteur à propulsion non électrique et une unité électronique de contrôle faisant office de superviseur de la propulsion du moyen de transport, caractérisé en ce qu’il comporte un tel réseau haute tension, la batterie principale faisant office de batterie de traction pour la machine électrique assurant en tant que moteur la propulsion électrique du moyen de transport, le boîtier d’état de charge de la batterie remontant le défaut de surtension en sortie d’au moins l’un des deux contacteurs principaux dans le réseau haute tension jusqu’à l’unité électronique de contrôle du moyen de transport.The invention finally relates to a means of transport comprising at least one electric propulsion motor associated or not with a non-electric propulsion motor and an electronic control unit acting as supervisor of the propulsion of the means of transport, characterized in that it comprises such a high voltage network, the main battery acting as a traction battery for the electric machine ensuring, as a motor, the electric propulsion of the means of transport, the battery charge status box reporting the overvoltage fault in output of at least one of the two main contactors in the high voltage network to the electronic control unit of the means of transport.
Le problème de détection des surtensions dans un dispositif d’isolement du réseau haute tension de traction d’un moyen de transport est vital non seulement pour s’assurer du bon fonctionnement des contacteurs du dispositif d’isolement afin de protéger les composants électriques connectés au réseau haute tension mais aussi et principalement pour assurer la sécurité du ou des passagers du moyen de transport vis-à-vis du risque d’incendie ou d’électrocution provoqué par de possibles surtensions aux contacteurs, la tension du réseau étant nécessairement élevée.The problem of detecting overvoltages in a device for isolating the high voltage traction network of a means of transport is vital not only to ensure the proper functioning of the contactors of the isolation device in order to protect the electrical components connected to the high voltage network but also and mainly to ensure the safety of the passenger(s) of the means of transport with regard to the risk of fire or electrocution caused by possible overvoltages at the contactors, the network voltage being necessarily high.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard du dessin annexé donné à titre d’exemple non limitatif et sur lequel :Other characteristics, aims and advantages of the present invention will appear on reading the detailed description which follows and with regard to the appended drawing given by way of non-limiting example and in which:
La
Un tel réseau de traction du moyen de transport comporte une batterie B dite principale pour la différencier, le cas échéant de la batterie B présente dans le réseau de bord du moyen de transport et qui peut être d’un voltage moins élevé que la batterie B principale du réseau haute tension.Such a traction network of the means of transport includes a so-called main battery B to differentiate it, where applicable from the battery B present in the on-board network of the means of transport and which may be of a lower voltage than the battery B main part of the high voltage network.
Sans que cela soit limitatif, la batterie B principale du réseau haute tension peut avoir une tension nominale de 450 volts variant selon la charge de la batterie B. Il est aussi possible que la tension de la batterie B principale soit aussi plus élevée, par exemple en pouvant atteindre 800 volts, ce qui est de plus en plus recherché.Without this being limiting, the main battery B of the high voltage network can have a nominal voltage of 450 volts varying depending on the charge of battery B. It is also possible that the voltage of the main battery B is also higher, for example being able to reach 800 volts, which is increasingly sought after.
La batterie B principale, dite aussi dans cet exemple non limitatif batterie de traction, alimente une machine électrique M de traction pour la propulsion du moyen de transport par une branche principale positive sortant d’une borne positive de la batterie B en étant raccordée au pôle positif de la machine électrique M et une branche principale négative sortant d’une borne négative de la batterie B en étant raccordée au pôle négatif de la machine électrique M.The main battery B, also called in this non-limiting example traction battery, powers an electric traction machine M for the propulsion of the means of transport by a positive main branch coming out of a positive terminal of the battery B by being connected to the pole positive of the electric machine M and a main negative branch coming out of a negative terminal of the battery B while being connected to the negative pole of the electric machine M.
Le réseau haute tension formant alors réseau de traction peut comprendre aussi un chargeur C de la batterie B principale pouvant se brancher à une borne de recharge extérieure au moyen de transport.The high voltage network then forming the traction network can also include a charger C of the main battery B which can be connected to a charging terminal external to the means of transport.
La machine électrique M nécessite une alimentation haute tension tandis que le réseau de bord pour un moyen de transport nécessite une alimentation généralement basse ou moyenne tension. La batterie B principale peut alimenter donc un réseau de bord en passant d’abord par un convertisseur CV de courant continu en courant continu de plus faible voltage ou convertisseur DC/DC.The electrical machine M requires a high voltage power supply while the on-board network for a means of transport generally requires a low or medium voltage power supply. The main battery B can therefore supply an on-board network by first passing through a CV converter from direct current to direct current of lower voltage or DC/DC converter.
En effet, le voltage de la batterie B dite principale ou batterie de traction peut être entre 48 à 450 volts, de préférence 450 volts, voire nettement plus comme par exemple de 800 volts, tandis que le voltage de la batterie de servitude du réseau de bord peut être de 12 à 24 volts. Ceci n’est cependant pas limitatif.In fact, the voltage of the so-called main battery B or traction battery can be between 48 to 450 volts, preferably 450 volts, or even significantly more, for example 800 volts, while the voltage of the backup battery of the network board can be 12 to 24 volts. This is, however, not limiting.
Dans le réseau électrique, peuvent être connectés des équipements ou éléments consommateurs tels que des calculateurs, dont celui d’une unité électronique de commande ou superviseur, connue sous l’acronyme anglo-saxon de « ECU » et qui est embarquée à bord du véhicule automobile pour commander ou contrôler divers organes de commande.In the electrical network, equipment or consumer elements such as computers can be connected, including that of an electronic control or supervisor unit, known by the Anglo-Saxon acronym “ECU” and which is on board the vehicle. automobile to command or control various control elements.
L’unité électronique de commande peut faire office de superviseur du moyen de transport gérant notamment un système de gestion de la batterie B, aussi dénommé sous l’acronyme de BMS ou boîtier d’état de charge de la batterie B, ce boîtier n’étant pas référencé à la
Ceci n’est pas limitatif dans le cadre de la présente invention et le réseau de traction peut faire partie de n’importe quel équipement nécessitant une machine électrique M alimenté par une batterie B haute tension.This is not limiting in the context of the present invention and the traction network can be part of any equipment requiring an electric machine M powered by a high voltage battery B.
Dans le cas non limitatif d’un réseau de traction haute tension dans un moyen de transport, le réseau de traction peut alimenter des éléments auxiliaires, comme un système de climatisation ou de chauffage, un compresseur d’air, etc.In the non-limiting case of a high voltage traction network in a means of transport, the traction network can power auxiliary elements, such as an air conditioning or heating system, an air compressor, etc.
Le dispositif d’isolement est intercalé entre la batterie B principale et la machine électrique M en les raccordant ensemble. Le dispositif d’isolement peut comprendre des dérivations raccordant la batterie B au chargeur C de la batterie B principale et, le cas échéant au convertisseur CV de courant continu en courant continu de plus faible voltage ou convertisseur DC/DC.The isolation device is inserted between the main battery B and the electrical machine M by connecting them together. The isolation device may include branches connecting battery B to the charger C of the main battery B and, where applicable, to the CV converter from direct current to direct current of lower voltage or DC/DC converter.
A la
Il existe deux contacteurs principaux K2, K3. Un contacteur principal K2 se trouve sur la branche dite positive du dispositif d’isolement reliant le pôle positif de la batterie B principale à un pôle positif de la machine électrique M. Un contacteur principal K3 se trouve sur la branche dite négative du dispositif d’isolement reliant le pôle négatif de la batterie B principale à un pôle négatif de la machine électrique M.There are two main contactors K2, K3. A main contactor K2 is located on the so-called positive branch of the isolation device connecting the positive pole of the main battery B to a positive pole of the electrical machine M. A main contactor K3 is located on the so-called negative branch of the isolation device. insulation connecting the negative pole of the main battery B to a negative pole of the electrical machine M.
Le dispositif d’isolement comprend aussi deux fusibles F2 et F3 sur une branche en dérivation de la branche positive du dispositif d’isolement menant respectivement au chargeur C et au convertisseur CV. La batterie B principale loge un fusible F1 en son intérieur. Une branche en dérivation d’une portion de la branche positive comprenant le contacteur principal K2 comprend un contacteur K1 et une résistance R.The isolation device also includes two fuses F2 and F3 on a branch branching off from the positive branch of the isolation device leading respectively to the charger C and the CV converter. The main battery B houses a fuse F1 inside. A branch branching off from a portion of the positive branch comprising the main contactor K2 comprises a contactor K1 and a resistor R.
Des tensions U1 à U6 pour les branches positives du dispositif d’isolement, rattachées directement ou indirectement au pôle positif de la batterie B et des tensions U00, U01, U02 pour les branches négatives du dispositif d’isolement, rattachées directement ou indirectement au pôle négatif de la batterie B, sont indiquées à la
Selon la présente invention, un tel réseau haute tension met en œuvre un procédé de contrôle des surtensions pouvant apparaître dans le réseau haute tension. Les organes essentiels de ce réseau haute tension sont la batterie B principale alimentant la machine électrique M via le dispositif d’isolement comprenant des contacteurs dont deux contacteurs dits principaux K2, K3 se trouvant respectivement sur une branche positive ou négative du dispositif d’isolement reliant soit un pôle positif ou négatif de la batterie B à la machine électrique M.According to the present invention, such a high voltage network implements a method for controlling overvoltages that may appear in the high voltage network. The essential organs of this high voltage network are the main battery B supplying the electrical machine M via the isolation device comprising contactors including two so-called main contactors K2, K3 located respectively on a positive or negative branch of the isolation device connecting either a positive or negative pole from battery B to electric machine M.
Les autres organes du réseau haute tension précédemment mentionnés ne sont pas essentiels dans le cadre de la présente invention mais désirés dans des formes de réalisation optionnelles de la présente invention, comme par exemple dans le cas non limitatif d’un réseau haute tension servant de réseau de traction pour un moyen de transport.The other elements of the high voltage network previously mentioned are not essential in the context of the present invention but desired in optional embodiments of the present invention, such as for example in the non-limiting case of a high voltage network serving as a network traction for a means of transport.
Selon une caractéristique essentielle de la présente invention, des différences de tension associées respectivement à un des deux contacteurs principaux K2, K3 sont surveillées à des intervalles de temps respectifs prédéterminés.According to an essential characteristic of the present invention, voltage differences associated respectively with one of the two main contactors K2, K3 are monitored at respective predetermined time intervals.
Dans ce qui suit, une tension prise directement en aval d’un organe signifie qu’il n’y a aucun autre organe intercalé entre l’organe et le point de tension, ce qui pourrait fausser la mesure de tension relevée. La position aval est prise en se référant à la batterie B principale.In the following, a voltage taken directly downstream of an organ means that there is no other organ interposed between the organ and the point of tension, which could distort the tension measurement recorded. The downstream position is taken with reference to the main battery B.
Une première différence de tension U3-U00 associée au contacteur principal K2 de la branche positive est relevée entre un point de tension directement en aval du contacteur principal K2 de la branche positive par rapport à la batterie B et un point de tension directement en aval de la borne négative de la batterie B. Ceci correspond à la différence de tension entre U3 et U00 à la
Une deuxième différence de tension U3-U01 associée au contacteur principal K3 de la branche négative est relevée entre un point de tension directement en aval du contacteur principal K2 de la branche positive par rapport à la batterie B et un point de tension directement en aval du contacteur principal K3 de la branche négative. Ceci correspond à la différence de tension entre U3 et U01 à la
Si au moins l’une des différences de tension surveillées dépasse un seuil de tension prédéterminé pendant au moins une durée de dépassement prédéterminée lui étant associée, il est détecté une surtension en sortie d’au moins l’un des deux contacteurs principaux K2, K3. Il n’est pas nécessaire que les deux différences de tension dépassent le seuil de tension prédéterminé qui est propre à chacune des deux différences de tension.If at least one of the monitored voltage differences exceeds a predetermined voltage threshold for at least one predetermined excess duration associated with it, an overvoltage is detected at the output of at least one of the two main contactors K2, K3 . It is not necessary for the two voltage differences to exceed the predetermined voltage threshold which is specific to each of the two voltage differences.
Il s’ensuit une réduction d’une puissance électrique de la machine électrique M et une mémorisation permanente d’un défaut de surtension. La réduction de puissance peut être faite par un calculateur en charge du fonctionnement de la machine électrique M, la mémorisation permanente se faisant avantageusement dans un calculateur en charge de la régulation du réseau haute tension.This results in a reduction in the electrical power of the electrical machine M and permanent memorization of an overvoltage fault. The power reduction can be done by a computer in charge of the operation of the electrical machine M, the permanent storage being advantageously done in a computer in charge of regulating the high voltage network.
Le seuil de tension prédéterminé peut être une valeur calibrable dépendante des caractéristiques des deux contacteurs principaux K2, K3, donc différent pour deux contacteurs principaux K2, K3 de nature différente. Il peut être pris en compte une tension maximale à charge complète de la batterie B et un état de décharge en vigueur de la batterie B diminuant sa tension de sortie. Les caractéristiques de la machine électrique M peuvent aussi être prises en compte.The predetermined voltage threshold can be a calibrated value depending on the characteristics of the two main contactors K2, K3, therefore different for two main contactors K2, K3 of different nature. A maximum fully charged voltage of battery B and a current discharge state of battery B reducing its output voltage can be taken into account. The characteristics of the electric machine M can also be taken into account.
Lors d’une détection d’un défaut de surtension, quand le réseau de traction comprend un chargeur C embarqué à courant continu, la valeur calibrable du seuil de tension prédéterminé peut aussi être dépendante des caractéristiques du chargeur C embarqué à courant continu.When detecting an overvoltage fault, when the traction network includes an on-board direct current charger C, the calibrated value of the predetermined voltage threshold may also be dependent on the characteristics of the on-board direct current charger C.
Sans que cela soit limitatif, lors d’une détection d’un défaut de surtension, la puissance électrique de la machine électrique M peut être réduite entre 5kW et 20kW, avantageusement 8,5kW, dans un premier intervalle de temps prédéterminé en dépendance d’une tension en vigueur de la batterie B, ce premier intervalle de temps pouvant être de 1 minute.Without this being limiting, upon detection of an overvoltage fault, the electrical power of the electrical machine M can be reduced between 5kW and 20kW, advantageously 8.5kW, in a first predetermined time interval depending on a current voltage of battery B, this first time interval possibly being 1 minute.
Le cas échéant, lors d’une charge de la batterie B principale, une limitation d’une intensité de courant de recharge à 50% d’une intensité de courant de recharge acceptable prédéterminée dans une cartographie de recharge peut s’effectuer en un deuxième intervalle de temps prédéterminé, ce deuxième intervalle de temps prédéterminé étant d’environ 1 seconde.If necessary, when charging the main battery B, a limitation of a recharge current intensity to 50% of an acceptable recharge current intensity predetermined in a recharge map can be carried out in a second predetermined time interval, this second predetermined time interval being approximately 1 second.
Le seuil de tension prédéterminé peut être supérieur de 10 à 30% à une tension maximale nominale de la batterie B, les durées de dépassement prédéterminées associées respectivement à un des deux contacteurs principaux K2, K3 pouvant être entre 50 et 500 millisecondes, en étant ou non différentes l’une de l’autre.The predetermined voltage threshold may be 10 to 30% higher than a nominal maximum voltage of battery B, the predetermined overrun times associated respectively with one of the two main contactors K2, K3 being able to be between 50 and 500 milliseconds, being or not different from each other.
Sans que cela soit limitatif, pour une tension de batterie B principale de 450 volts, ce qui n’est pas toujours le cas, cette tension pouvant être autre, en étant par exemple de 800 volts, la valeur de seuil de tension prédéterminée peut être de 507 volts.Without this being limiting, for a main battery B voltage of 450 volts, which is not always the case, this voltage could be other, for example being 800 volts, the predetermined voltage threshold value can be of 507 volts.
De même, toujours sans que cela soit limitatif, la durée de dépassement prédéterminée associée au contacteur principal K2 de la branche positive peut être calibrée à 50 millisecondes et la durée de dépassement prédéterminée associée au contacteur principal K3 de la branche négative peut être calibrée à 60 millisecondes.Likewise, still without this being limiting, the predetermined overrun duration associated with the main contactor K2 of the positive branch can be calibrated at 50 milliseconds and the predetermined overrun duration associated with the main contactor K3 of the negative branch can be calibrated at 60 milliseconds. milliseconds.
Pour le contacteur principal K2 se trouvant sur la branche dite positive du dispositif d’isolement reliant le pôle positif de la batterie B principale à un pôle positif de la machine électrique M avec la différence de tension entre U3 et U00, la durée de dépassement prédéterminée peut être inférieure à celle associée au contacteur principale K3 se trouvant sur la branche négative du dispositif d’isolement reliant le pôle négatif de la batterie B principale à un pôle négatif de la machine électrique M avec la différence de tension entre U3 et U01.For the main contactor K2 located on the so-called positive branch of the isolation device connecting the positive pole of the main battery B to a positive pole of the electric machine M with the voltage difference between U3 and U00, the predetermined overrun duration may be lower than that associated with the main contactor K3 located on the negative branch of the isolation device connecting the negative pole of the main battery B to a negative pole of the electrical machine M with the voltage difference between U3 and U01.
Un retour à un fonctionnement normal du réseau haute tension peut s’effectuer quand la ou les deux différences de tension surveillées ayant dépassée le seuil de tension prédéterminé pendant une durée de dépassement prédéterminée associée repassent en dessous du seuil de tension prédéterminé, ceci au moins pendant une durée de retour en dessous du seuil de tension prédéterminé.A return to normal operation of the high voltage network can be carried out when the one or two monitored voltage differences having exceeded the predetermined voltage threshold for an associated predetermined excess duration return below the predetermined voltage threshold, this at least for a return duration below the predetermined voltage threshold.
Cette durée de retour peut être associée spécifiquement à la ou à chacune des tensions surveillées. Dans ce cas, le défaut de surtension en sortie d’au moins l’un des deux contacteurs principaux K2, K3 dans le réseau haute tension peut ne plus être en vigueur mais peut rester mémorisé en permanence dans un calculateur. Toujours dans ce cas, la réduction de puissance électrique de la machine électrique M peut ne plus être maintenue afin que le fonctionnement du réseau haute tension retourne à la normale.This return duration can be specifically associated with the or each of the monitored voltages. In this case, the overvoltage fault at the output of at least one of the two main contactors K2, K3 in the high voltage network may no longer be in force but may remain permanently stored in a computer. Still in this case, the reduction in electrical power of the electrical machine M can no longer be maintained so that the operation of the high voltage network returns to normal.
Sans que cela soit limitatif, la durée de retour en dessous du seuil de tension prédéterminé peut être calibrée entre 50 et 500 millisecondes.Without this being limiting, the duration of return below the predetermined voltage threshold can be calibrated between 50 and 500 milliseconds.
Sans que cela soit limitatif, la durée de retour en dessous du seuil de tension prédéterminé, par exemple 507 volts pour une batterie B principale à 450 volts nominal, peut être calibrée à 100 millisecondes pour la branche positive du dispositif d’isolement entre les points de mesure de tension U3 et U00 et à 120 millisecondes pour la branche négative du dispositif d’isolement entre les points de mesure de tension U3 et U01.Without this being limiting, the duration of return below the predetermined voltage threshold, for example 507 volts for a main battery B at 450 volts nominal, can be calibrated at 100 milliseconds for the positive branch of the isolation device between the points voltage measuring points U3 and U00 and 120 milliseconds for the negative branch of the isolation device between the voltage measuring points U3 and U01.
Pour autant, même si le problème s’avère rétabli, le code défaut reste mémorisé dans la mémoire en lecture seule d’un ou de calculateurs, par exemple un calculateur du boîtier d’état de charge de la batterie B mais passe de l’état dit « permanent » à l’état dit « fugitif » si le problème ne se reproduit pas. Ceci permet de conserver un historique des défauts vus par ce ou ces calculateurs.However, even if the problem turns out to be restored, the fault code remains stored in the read-only memory of one or more computers, for example a computer for the battery B state of charge box but passes from the so-called “permanent” state to the so-called “fugitive” state if the problem does not recur. This makes it possible to keep a history of the faults seen by this or these computers.
Pour qu’une surtension pour au moins un des deux contacteurs principaux K2, K3 soit détectée le plus vite possible, chaque intervalle de temps respectif prédéterminé de surveillance des différences de tension associées respectivement à un des deux contacteurs principaux K2, K3 peut être relativement faible bien que supérieur ou égale à 10 millisecondes pour des raisons techniques.So that an overvoltage for at least one of the two main contactors K2, K3 is detected as quickly as possible, each respective predetermined time interval for monitoring the voltage differences associated respectively with one of the two main contactors K2, K3 can be relatively small. although greater than or equal to 10 milliseconds for technical reasons.
La fréquence de surveillance peut donc être avantageusement très rapide, car une surtension de quelques millisecondes peut être suffisante pour endommager les composants électriques du réseau haute tension ou pour casser un fusible de protection F2 ou F3 disposé sur le réseau haute tension.The monitoring frequency can therefore advantageously be very fast, because an overvoltage of a few milliseconds can be sufficient to damage the electrical components of the high voltage network or to break a protection fuse F2 or F3 placed on the high voltage network.
Dans le cadre de la présente invention, il est préféré de surveiller les surtensions qui seraient causées par la fermeture des contacteurs principaux K2, K3 mais le principe peut être appliqué à n’importe lequel des contacteurs K1 à K5 du dispositif d’isolement.In the context of the present invention, it is preferred to monitor overvoltages which would be caused by the closing of the main contactors K2, K3 but the principle can be applied to any of the contactors K1 to K5 of the isolation device.
Comme exemple non limitatif, il peut être possible d’opter pour une fréquence de mesure entre les points de mesure de tension U3 et U00 de 10 millisecondes et pour une fréquence de mesure entre les points de mesure de tension U3 et U01 de 20 millisecondes.As a non-limiting example, it may be possible to opt for a measurement frequency between the voltage measurement points U3 and U00 of 10 milliseconds and for a measurement frequency between the voltage measurement points U3 and U01 of 20 milliseconds.
L’invention concerne aussi un réseau haute tension comprenant une batterie B principale alimentant une machine électrique M via un dispositif d’isolement muni de contacteurs dont deux contacteurs dits principaux K2, K3 se trouvant respectivement sur une branche du dispositif d’isolement reliant soit un pôle positif ou négatif de la batterie B principale à la machine électrique M, comme précédemment décrit.The invention also relates to a high voltage network comprising a main battery B supplying an electrical machine M via an isolation device provided with contactors including two so-called main contactors K2, K3 located respectively on a branch of the isolation device connecting either a positive or negative pole of the main battery B to the electric machine M, as previously described.
Le réseau haute tension est aussi piloté par un boîtier d’état de charge de la batterie B équipé des moyens requis pour mettre en œuvre un procédé de protection de la batterie B principale tel que précédemment décrit.The high voltage network is also controlled by a battery B state of charge unit equipped with the means required to implement a method of protecting the main battery B as previously described.
Dans le cas non limitatif d’un réseau haute tension embarqué dans un moyen de transport, les différences de tension associées respectivement à un des contacteurs principaux K2, K3 sont surveillées par le boîtier d’état de charge de la batterie B constamment dès que le boîtier d’état de charge de la batterie B est alimenté en courant par le réseau de bord à faible tension, par exemple12 volts, du moyen de transport, ceci grâce à des dispositifs de mesure pour chaque point de tension intégrés dans le dispositif d’isolement du réseau haute tension.In the non-limiting case of a high voltage network on board a means of transport, the voltage differences associated respectively with one of the main contactors K2, K3 are monitored by the state of charge box of the battery B constantly as soon as the state of charge box of the battery B is supplied with current by the low voltage on-board network, for example 12 volts, of the means of transport, this thanks to measuring devices for each voltage point integrated into the device isolation from the high voltage network.
Dès que le boîtier d’état de charge de la batterie B est alimenté en tension 12 volts, il peut commencer l’opération de surveillance en mesurant la différence de tension, d’une part, entre les points de mesure de tension U3 et U00 et, d’autre part entre les points de mesure de tension U3 et U01.As soon as the battery charge status unit B is supplied with 12 volt voltage, it can begin the monitoring operation by measuring the voltage difference, on the one hand, between the voltage measuring points U3 and U00 and, on the other hand, between the voltage measurement points U3 and U01.
L’invention concerne enfin un moyen de transport à au moins un moteur à propulsion électrique associé ou non à un moteur à propulsion non électrique, doté d’une unité électronique de contrôle faisant office de superviseur de la propulsion du moyen de transport.The invention finally relates to a means of transport with at least one electric propulsion motor associated or not with a non-electric propulsion motor, provided with an electronic control unit acting as supervisor of the propulsion of the means of transport.
Sans que cela soit limitatif, le moyen de transport peut être un véhicule utilitaire ou non, de préférence un véhicule électrique, un véhicule automobile hybride, un bateau, un avion, un tracteur, un engin à chenille, etc. Ce moyen de transport peut être à propulsion purement électrique ou hybride avec moteur thermique ou une pile à combustible.Without this being limiting, the means of transport may be a utility vehicle or not, preferably an electric vehicle, a hybrid automobile vehicle, a boat, an airplane, a tractor, a tracked vehicle, etc. This means of transport can be purely electric or hybrid powered with a thermal engine or a fuel cell.
Le moyen de transport comporte au moins une batterie B de traction pour ledit au moins un moteur à propulsion électrique faisant partie en tant que batterie B principale d’un réseau électrique haute tension tel que décrit précédemment.The means of transport comprises at least one traction battery B for said at least one electric propulsion motor forming part as the main battery B of a high voltage electrical network as described above.
Le boîtier d’état de charge de la batterie B remonte le défaut de surtension en sortie d’au moins un des deux contacteurs principaux K2, K3 dans le réseau haute tension jusqu’à l’unité électronique de contrôle du moyen de transport.The battery B state of charge box reports the overvoltage fault at the output of at least one of the two main contactors K2, K3 in the high voltage network to the electronic control unit of the means of transport.
Les différents calculateurs qui peuvent intervenir peuvent comprendre le calculateur du boîtier d’état de charge de la batterie B qui envoie l’information à l’unité électronique de contrôle ou superviseur du groupe motopropulseur, aussi dénommé sous l’acronyme eVCU.The different computers that can intervene can include the battery B state of charge box computer which sends the information to the electronic control unit or powertrain supervisor, also known by the acronym eVCU.
L’unité électronique de contrôle ou superviseur du groupe motopropulseur coordonne, pilote, commande et supervise les calculateurs du réseau CAN précédemment mentionné.The electronic control unit or powertrain supervisor coordinates, controls, commands and supervises the computers of the CAN network previously mentioned.
Ainsi, si le boîtier d’état de charge de la batterie B détecte un défaut de surtension en sortie des contacteurs principaux K2 et K3, le boîtier d’état de charge de la batterie B remonte un code défaut au superviseur du groupe motopropulseur.Thus, if the charge status unit of battery B detects an overvoltage fault at the output of the main contactors K2 and K3, the charge status unit of battery B reports a fault code to the powertrain supervisor.
Le boîtier d’état de charge de la batterie B enregistre le code défaut dans la mémoire à lecture seule et le superviseur du groupe motopropulseur enregistre un défaut grave côté boîtier d’état de charge de la batterie B et le stocke aussi dans sa mémoire à lecture seule. Il peut y avoir plusieurs degrés de code défaut selon par exemple la durée de la surtension.The battery charge status unit B records the fault code in the read-only memory and the powertrain supervisor records a serious fault on the battery charge status unit B side and also stores it in its memory at read only. There can be several degrees of fault code depending for example on the duration of the overvoltage.
L’invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n’ont été donnés qu’à titre d’exemples.The invention is in no way limited to the embodiments described and illustrated which have been given only by way of examples.
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2022
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