INTERRUPTEUR DESTINE A COURT CIRCUITER UNE SOURCE DE TENSION CONTINUE DE PUISSANCE
L'invention concerne les sources de tension continues de puissance, et en particulier les équipements électriques destinés à assurer la sécurité de telles sources de tension continue.
Des sources de tension continue de puissance sont fréquemment basées sur l'utilisation d'accumulateurs électrochimiques. Ces sources de tension peuvent par exemple être utilisées dans le domaine des transports électriques et hybrides ou les systèmes embarqués.
Un accumulateur électrochimique a habituellement une tension nominale de l'ordre de grandeur suivant :
1 .2 V pour des batteries de type NiMH,
3.3 V pour une technologie lithium-ion phosphate de Fer, LiFeP04, 4.2 V pour une technologie de type lithium-ion à base d'oxyde de cobalt.
Ces tensions nominales sont trop faibles par rapport aux exigences de la plupart des systèmes à alimenter. Pour obtenir le niveau de tension adéquat, on place en série plusieurs accumulateurs. Pour obtenir de fortes puissances et capacités, on place plusieurs accumulateurs en parallèle. Le nombre d'étages (nombre d'accumulateurs en série) et le nombre d'accumulateurs en parallèle dans chaque étage varient en fonction de la tension, du courant et de la capacité souhaités pour la batterie. L'association de plusieurs accumulateurs est appelée une batterie d'accumulateurs.
De telles batteries sont par exemple utilisées dans des véhicules pour entraîner un moteur électrique à courant alternatif par l'intermédiaire d'un onduleur. De telles batteries comportent également une forte capacité afin de favoriser l'autonomie du véhicule en mode électrique. Typiquement, un véhicule électrique utilise une batterie d'accumulateurs dont la tension nominale est de l'ordre de 400V, avec un courant crête de 200A et une capacité de 20kWh.
Les accumulateurs électrochimiques utilisés pour de tels véhicules sont généralement du type lithium ion pour leur capacité à stocker une énergie importante avec un poids et un volume contenus. Les technologies de batterie de type Lithium ion phosphate de fer LiFeP04 font l'objet d'importants développements du fait d'un niveau de sécurité intrinsèque élevé, au détriment d'une densité de stockage d'énergie un peu en retrait.
Le document WO2012171917 décrit des éléments de batterie comprenant des accumulateurs électrochimiques, de tels éléments étant destinés à être connectés en série pour former une source de tension continue de puissance. Chaque élément de batterie est muni d'un dispositif de sécurisation destiné à isoler la batterie de cet élément d'autres éléments, soit
pour assurer la continuité de service de la source de tension continue, soit pour permettre des opérations de maintenance sur cette source de tension continue. Chaque élément de batterie comprend deux branches en parallèle connectées entre ses deux bornes. Dans une première branche, la batterie est connectée en série avec un interrupteur MOSFET de type normalement ouvert. Dans une deuxième branche, les deux bornes sont connectées par l'intermédiaire d'un interrupteur normalement fermé. Lorsque l'élément est utilisé, l'interrupteur normalement fermé est maintenu ouvert et l'interrupteur normalement ouvert est maintenu fermé. En cas d'absence de commande due à un dysfonctionnement ou une maintenance, l'interrupteur normalement fermé reste fermé et l'interrupteur normalement ouvert reste ouvert, de sorte que la tension de la batterie n'est pas appliquée aux bornes de l'élément.
En pratique, un tel élément présente des inconvénients. Les interrupteurs MOSFET et leurs commandes induisent un coût relativement élevé, notamment du fait de la nécessité de leur adjoindre un dissipateur thermique. En outre, ces interrupteurs sont à l'origine de pertes d'énergie et d'un échauffement parasites même lorsqu'ils sont ouverts. En particulier, l'interrupteur normalement fermé occasionne des pertes permanentes lors du fonctionnement de l'élément (lorsque cet interrupteur est donc ouvert) alors que la probabilité d'apparition d'un défaut est réduite.
Le document FR1 605493 décrit un interrupteur pour mise à feu de missiles. L'interrupteur est fermé transitoirement le temps de la mise à feu puis détruit, ce qui est peu gênant puisque le missile finit également par être détruit. Un tel interrupteur est donc inadapté pour garantir un état fermé en l'absence de commande.
Le document US2721 240 décrit un interrupteur, comprenant deux électrodes et un élément conducteur propulsé par une charge pyrotechnique. Lors de sa propulsion, l'élément conducteur est traversé par les électrodes et forme un contact électrique entre elles. La fiabilité d'un tel contact est insuffisante pour garantir le maintien d'un état fermé de l'interrupteur.
L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un interrupteur, tel que défini dans les revendications annexées.
L'invention porte en outre sur un système d'alimentation en tension continue, tel que défini dans les revendications annexées.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
-les figures 1 et 2 sont des représentations schématiques d'un premier exemple d'interrupteur selon l'invention dans deux configurations de fonctionnement ;
-les figures 3 et 4 sont des représentations schématiques d'un deuxième exemple d'interrupteur selon l'invention dans deux configurations de fonctionnement ;
-les figures 5 et 6 sont des représentations schématiques d'un troisième exemple d'interrupteur selon l'invention dans deux configurations de fonctionnement ;
-les figures 7 et 8 sont des représentations schématiques d'un quatrième exemple d'interrupteur selon l'invention dans deux configurations de fonctionnement ;
-la figure 9 illustre une variante du troisième exemple d'interrupteur avant activation de son élément pyrotechnique ;
-la figure 10 illustre une variante du quatrième exemple d'interrupteur avant activation de son élément pyrotechnique ;
-la figure 1 1 illustre une autre variante du troisième exemple d'interrupteur avant activation de son élément pyrotechnique ;
-les figures 1 2 et 1 3 sont des schémas électriques d'un exemple de source d'alimentation continue incluant un interrupteur selon le deuxième exemple, dans deux configurations de fonctionnement ;
-la figure 14 est un schéma électrique d'un exemple d'alimentation continue incluant un interrupteur selon le deuxième exemple ;
-la figure 1 5 est une représentation schématique d'une variante d'un interrupteur selon le deuxième exemple ;
-la figure 16 est un schéma électrique d'un exemple d'alimentation continue incluant un interrupteur selon le troisième exemple ;
-la figure 17 est un schéma électrique d'un exemple d'alimentation continue incluant plusieurs modules connectés en série, illustrant une continuité de service en présence d'un dysfonctionnement d'un des modules.
L'invention propose un interrupteur de sécurité pour une alimentation de tension continue de puissance. Un tel interrupteur comprend des première et deuxième électrodes électriquement conductrices et un élément électriquement conducteur. Initialement, un milieu isolant électriquement sépare ces électrodes entre elles, et sépare en outre au moins l'élément électriquement conducteur de la deuxième électrode. L'interrupteur comprend en outre un élément pyrotechnique incluant un explosif dont l'explosion induit l'entraînement de l'élément électriquement conducteur jusqu'en contact avec la deuxième électrode et la soudure de l'élément conducteur avec la deuxième électrode pour former une liaison électriquement conductrice solide et durable entre les
première et deuxième électrodes. Par solide et durable, on entend que la liaison électriquement conductrice perdure à l'issue de l'explosion. La soudure n'est donc pas détruite par cette même explosion.
En présence d'un dysfonctionnement, on peut ainsi fermer de façon solide, fiable et durable la connexion entre les deux électrodes, afin de court- circuiter un système électrique connecté aux bornes de l'interrupteur, notamment lorsque des considérations de sécurité l'exigent. Du fait de l'énergie appliquée par l'explosion sur l'élément électriquement conducteur, celui-ci est soudé à la deuxième électrode, ce qui permet d'assurer un contact électrique entre l'élément conducteur et la deuxième électrode permettant un passage de courant de grande intensité entre les première et deuxième électrodes avec des pertes réduites. La conduction entre les première et deuxième électrodes peut par exemple être garantie sans rupture, même pour des courants de court- circuit d'une alimentation de tension continue de puissance.
Un tel interrupteur s'avère donc particulièrement avantageux, en particulier pour la sécurisation d'alimentation de tension continue de puissance, bien que l'homme du métier ait généralement un a priori négatif concernant l'utilisation d'éléments pyrotechniques à proximité d'un composant considéré comme dangereux (par exemple une alimentation de tension continue basée sur des cellules électrochimiques du type lithium ion). En pratique, le risque lié à l'explosion d'un élément pyrotechnique est bien maîtrisé, du fait de la production en masse de tels composants, en particulier pour la fabrication d'airbags. Ainsi, la quantité d'énergie dégagée par une explosion et la garantie de l'explosion sont des paramètres parfaitement maîtrisés dans des éléments pyrotechniques.
La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un premier exemple d'interrupteur 1 selon l'invention. L'interrupteur 1 est du type normalement ouvert entre une première électrode 1 1 et une deuxième électrode 1 2. Les électrodes 1 1 et 1 2 sont électriquement conductrices. L'électrode 1 1 est par exemple connectée électriquement à un connecteur 1 1 1 . L'électrode 1 2 est par exemple connectée électriquement à un connecteur 1 1 2. Les connecteurs 1 1 1 et 1 12 permettent avantageusement de connecter l'interrupteur 1 dans un circuit ou aux bornes d'un système électrique.
Les électrodes 1 1 et 1 2 sont ici logées dans une chambre 16. Les électrodes 1 1 et 1 2 sont fixées contre une paroi interne 1 61 de la chambre 16, afin d'assurer leur maintien mécanique. L'interrupteur 1 comprend en outre un élément électriquement conducteur 15. L'élément 1 5 est logé à l'intérieur de la chambre 1 6. L'élément 1 5 est séparé des électrodes 1 1 et 1 2 par l'intermédiaire d'un milieu isolant électriquement 162 présent dans la chambre 1 6. Le milieu 1 62 est par exemple un gaz inerte. À cet effet, l'élément 1 5 est maintenu écarté des électrodes 1 1 et 1 2. L'élément 1 5 est ici maintenu contre une paroi de la
chambre 1 6 opposée à la paroi 1 61 . Le milieu isolant électriquement 162 sépare également les électrodes 1 1 et 1 2 pour les isoler électriquement à l'intérieur de la chambre 1 6. La surface interne de la chambre 1 6 est isolante électriquement pour garantir l'isolation électrique entre l'électrode 1 1 , l'électrode 1 2 et l'élément conducteur 1 5. L'interrupteur 1 présente ainsi une configuration de type normalement ouvert entre les électrodes 1 1 et 1 2, illustrée à la figure 1 . L'interrupteur 1 présente ici uniquement les électrodes 1 1 et 12, isolées de l'élément conducteur 1 5 dans sa configuration d'ouverture.
L'élément 1 5 présente une partie à l'aplomb de la première électrode 1 1 , et une partie à l'aplomb de la deuxième électrode 1 2. L'interrupteur 1 comprend en outre un élément pyrotechnique 17. L'élément pyrotechnique 1 7 inclut un explosif 1 71 accolé à l'élément conducteur 1 5, et un détonateur 1 72 configuré pour initier l'explosion de l'explosif 1 71 . L'explosion de l'explosif 1 71 peut être commandée par tous moyens appropriés, par exemple par l'application d'un signal électrique sur le détonateur 1 72 par l'intermédiaire d'un circuit de commande 9 ou par un réchauffement global de l'explosif 1 71 .
L'explosif 1 71 est configuré pour que les gaz générés par son explosion propulsent l'élément 1 5 à travers la chambre 16 vers les électrodes 1 1 et 12. Lors de l'explosion, les gaz générés par l'explosif 1 71 appliquent une pression sur l'élément 1 5 pour le détacher de la chambre 1 6, pour propulser l'élément 15 en contact à la fois avec l'électrode 1 1 et l'électrode 1 2, et pour réchauffer cet élément 1 5. L'élément 1 5 est propulsé avec une énergie suffisante pour se souder à l'électrode 1 1 d'une part et à l'électrode 12 d'autre part, selon la configuration illustrée à la figure 2, de façon solide et durable. Le réchauffement de l'élément 1 5 par les gaz générés par l'explosion facilite en outre la soudure entre l'élément 1 5 et les électrodes 1 1 et 1 2. La conduction entre les électrodes 1 1 et 12 est alors assurée par l'intermédiaire de l'élément 1 5 et par l'intermédiaire des soudures de cet élément 15 aux électrodes 1 1 et 1 2.
L'interrupteur 1 présente alors une configuration fermée fiable et durable entre les électrodes 1 1 et 1 2. Les électrodes 1 1 et 1 2 ainsi que l'élément 1 5 comprennent avantageusement des matériaux métalliques. Le matériau métallique de l'élément 1 5 entre en contact avec les matériaux métalliques des électrodes 1 1 et 1 2 pour former des soudures lors de l'explosion de l'explosif 1 71 .
Alors qu'une brasure consiste à assembler deux pièces avec un ajout de matière intermédiaire entre ces deux pièces, une soudure solidarise l'élément 1 5 directement avec chaque électrode 1 1 et 1 2 par fusion entre leurs propres matériaux, à l'interface entre ces matériaux. La soudure est ici réalisée de façon solide et durable, de sorte qu'une fusion brève intervient à l'interface entre l'élément 1 5 et chaque électrode 1 1 et 1 2. Cette soudure à l'interface, d'une durée très brève, se traduit par un retour à l'état solide presque immédiat des
surfaces en contact durant la soudure. Un tel retour à l'état solide permet d'éviter un phénomène de rebond.
Par ailleurs, l'élément 1 5 est entraîné par l'explosion selon une direction perpendiculaire à la surface de contact de chaque électrode, surface de contact à laquelle il doit être soudé. On maximise ainsi la qualité de la soudure entre l'élément 1 5 et chaque électrode, ce qui favorise également une absence de rebond. Avantageusement, les surfaces de contact des électrodes 1 1 et 1 2 sont sensiblement plates.
Une pression directe des gaz de l'explosion sur l'élément 1 5 favorise le réchauffement de celui-ci (et donc une soudure à l'interface lors d'un contact avec l'électrode 1 2), sa déformation au contact de l'électrode 1 2 et sa propulsion à une vitesse supersonique. Une telle propulsion favorise également la soudure entre deux métaux différents, par exemple lorsque du cuivre est utilisé pour former l'élément 1 5 et de l'aluminium est utilisé pour former l'électrode 1 2 (ou vice-versa). Une telle pression directe des gaz permet également de réduire la quantité de matière à déplacer et permet ainsi d'utiliser une moindre quantité de matière explosive.
Un explosif à explosion rapide peut propulser l'élément 1 5 à une vitesse de l'ordre de 7500m/s, un explosif à explosion lente pouvant propulser l'élément 1 5 à une vitesse typiquement comprise entre 1 500 et 2000m/s. Un tel type de soudure est notamment détaillé dans le brevet US3590877 en vue de réparer des tubes d'échangeurs thermiques. Le brevet EP0381 880 fournit également des règles de dimensionnement d'une quantité d'explosif à utiliser en fonction de la masse de l'élément à souder par projection, en particulier pour un explosif à base de nitroguanidine.
En utilisant des éléments pyrotechniques diffusés pour la fabrication d'airbag, des essais ont montré que 25 à 30% de l'énergie de l'explosion était transférée en énergie cinétique sur l'élément 1 5. En déterminant l'énergie nécessaire pour réaliser une soudure entre l'élément 1 5 et l'électrode 1 2, on pourra aisément déterminer la quantité d'explosif 1 71 à inclure dans l'élément pyrotechnique 17.
La figure 3 est une vue en coupe schématique d'un deuxième exemple d'interrupteur 1 selon l'invention. L'interrupteur 1 est également du type normalement ouvert entre une première électrode 1 1 et une deuxième électrode 1 2. L'interrupteur 1 de ce deuxième exemple reprend les caractéristiques de l'interrupteur du premier exemple et ne diffère dans sa configuration d'ouverture que par le fait que l'élément 1 5 est relié électriquement à l'électrode 1 1 et est fixé mécaniquement à cette électrode 1 1 . Pour favoriser le contact électrique entre l'élément 1 5 et l'électrode 1 1 et la résistance mécanique de leur liaison,
l'électrode 1 1 et l'élément 15 sont avantageusement formés d'un seul tenant. A la figure 3, l'interrupteur 1 est illustré dans sa configuration de connexion normalement ouverte entre les électrodes 1 1 et 12.
L'explosif 171 est configuré pour que les gaz générés par son explosion propulsent une extrémité de l'élément 1 5 à travers la chambre 1 6 vers l'électrode 12. Cette extrémité est initialement à l'aplomb de l'électrode 1 2. Lors de l'explosion, les gaz générés par l'explosif 1 71 appliquent une pression sur cette extrémité de l'élément 1 5 pour la propulser en contact avec l'électrode 12 et pour réchauffer cet élément 1 5. L'élément 1 5 est propulsé avec une énergie suffisante pour se souder à l'électrode 1 2, selon la configuration illustrée à la figure 4. Le réchauffement de l'élément 15 par les gaz générés par l'explosion facilite en outre la soudure entre l'élément 1 5 et l'électrode 1 2. La conduction entre les électrodes 1 1 et 1 2 est alors assurée par l'intermédiaire de l'élément
1 5, de sa connexion à l'électrode 1 1 et par l'intermédiaire de ses soudures avec l'électrode 1 2. L'élément 15 peut également accroître sa surface de liaison avec l'électrode 1 1 et former des soudures avec cette électrode 1 1 lors de l'explosion de l'explosif 1 71 .
La figure 5 est une vue en coupe schématique d'un troisième exemple d'interrupteur 1 selon l'invention. L'interrupteur 1 est ici un inverseur :
-l'interrupteur 1 a une fonction d'interrupteur normalement ouvert entre une première électrode 1 1 et une deuxième électrode 12 ;
-l'interrupteur 1 a une fonction d'interrupteur normalement fermé entre la première électrode 1 1 et une troisième électrode 1 3.
Les électrodes 1 1 et 1 2 sont électriquement conductrices. L'électrode 1 1 est par exemple connectée électriquement à un connecteur 1 1 1 . L'électrode 12 est par exemple connectée électriquement à un connecteur 1 1 2. L'électrode 13 est par exemple connectée électriquement à un connecteur 1 1 3.
Les électrodes 1 1 à 1 3 sont ici logées dans une chambre 1 6. Les électrodes 1 1 et 1 2 sont fixées contre une paroi interne 1 61 de la chambre 16, afin d'assurer leur maintien mécanique. L'électrode 1 3 est fixée contre une paroi interne de la chambre 1 6, opposée à la paroi 1 61 . L'interrupteur 1 comprend en outre un élément électriquement conducteur 1 5. L'élément 1 5 est logé à l'intérieur de la chambre 1 6. L'élément 15 est séparé de l'électrode 1 2 par l'intermédiaire d'un milieu isolant électriquement 1 62 présent dans la chambre
1 6. À cet effet, l'élément 15 est maintenu écarté de l'électrode 1 2. L'élément 1 5 est ici maintenu contre la paroi de la chambre 1 6 opposée à la paroi 1 61 . Le milieu isolant électriquement 1 62 sépare également les électrodes 1 1 et 1 2 pour les isoler électriquement à l'intérieur de la chambre 1 6. La surface interne de la chambre 1 6 est isolante électriquement pour garantir l'isolation électrique entre l'électrode 1 1 et l'électrode 1 2, entre l'électrode 1 3 et l'électrode 1 2, et entre
l'élément conducteur 1 5 et l'électrode 1 2. L'interrupteur 1 présente ainsi une configuration de type normalement ouvert entre les électrodes 1 1 et 1 2, illustrée à la figure 5.
L'élément 1 5 est relié électriquement à l'électrode 1 1 et est fixé mécaniquement à cette électrode 1 1 . Pour favoriser le contact électrique entre l'élément 15 et l'électrode 1 1 et la résistance mécanique de leur liaison, l'électrode 1 1 et l'élément 1 5 sont avantageusement formés d'un seul tenant. L'élément 1 5 est en outre relié électriquement à l'électrode 1 3 et est fixé mécaniquement à cette électrode 1 3. L'interrupteur 1 présente ainsi une configuration de type normalement fermé entre les électrodes 1 1 et 1 3, illustrée à la figure 5.
L'élément 1 5 présente une extrémité à l'aplomb de l'électrode 1 2. L'interrupteur 1 comprend en outre un élément pyrotechnique 17. L'élément pyrotechnique 17 inclut un explosif 1 71 accolé à l'élément conducteur 1 5, et un détonateur 1 72 configuré pour initier l'explosion de l'explosif 1 71 . L'explosion de l'explosif 171 peut être commandée par tous moyens appropriés, par exemple par l'application d'un signal électrique sur le détonateur 1 72 par l'intermédiaire d'un circuit de commande 9.
L'explosif 1 71 est configuré pour que les gaz générés par son explosion rompent la liaison entre une extrémité de l'élément 1 5 et l'électrode 1 3. Dès lors, la connexion entre l'électrode 1 1 et l'électrode 1 3 est ouverte. La connexion entre les électrodes 12 et 1 3 reste également ouverte. Les gaz générés par l'explosion de l'explosif 1 71 propulsent en outre cette extrémité de l'élément 1 5 à travers la chambre 1 6 vers l'électrode 1 2. Lors de l'explosion, les gaz générés par l'explosif 1 71 appliquent une pression sur cette extrémité de l'élément 1 5 pour la propulser en contact avec l'électrode 1 2 et pour réchauffer cet élément 1 5. L'élément 1 5 est propulsé avec une énergie suffisante pour se souder à l'électrode 12, selon la configuration illustrée à la figure 6. Le réchauffement de l'élément 1 5 par les gaz générés par l'explosion facilite en outre la soudure entre l'élément 1 5 et l'électrode 1 2. La conduction entre les électrodes 1 1 et 1 2 est alors assurée par l'intermédiaire de l'élément 1 5, de sa connexion à l'électrode 1 1 et par l'intermédiaire de ses soudures avec l'électrode 12. L'élément 1 5 peut également accroître sa surface de liaison avec l'électrode 1 1 et former des soudures avec cette électrode 1 1 lors de l'explosion de l'explosif 1 71 .
La figure 7 est une vue en coupe schématique d'un quatrième exemple d'interrupteur 1 selon l'invention. L'interrupteur 1 est du type normalement ouvert entre une première électrode 1 1 et une deuxième électrode 1 2 et du type normalement fermé entre une troisième électrode 1 3 et une quatrième électrode 14. Les électrodes 1 1 , 1 2, 1 3 et 14 sont électriquement conductrices.
L'électrode 1 1 est par exemple connectée électriquement à un connecteur 1 1 1 . L'électrode 12 est par exemple connectée électriquement à un connecteur 1 1 2. L'électrode 13 est par exemple connectée électriquement à un connecteur 1 1 3. L'électrode 14 est par exemple connectée électriquement à un connecteur 1 14.
Les électrodes 1 1 à 14 sont logées dans une chambre 16. Les électrodes
1 1 et 1 2 sont fixées contre une paroi interne 1 61 de la chambre 1 6, afin d'assurer leur maintien mécanique. Les électrodes 1 3 et 14 sont fixées contre une paroi interne de la chambre 1 6, afin d'assurer leur maintien mécanique, cette paroi étant opposée à la paroi 1 61 .
L'interrupteur 1 comprend en outre un élément électriquement conducteur
15. L'élément 1 5 est logé à l'intérieur de la chambre 1 6. L'élément 15 est séparé des électrodes 1 1 et 12 par l'intermédiaire d'un milieu isolant électriquement 1 62 présent dans la chambre 1 6. À cet effet, l'élément 1 5 est maintenu écarté des électrodes 1 1 et 1 2. L'élément 1 5 est ici fixé aux électrodes 1 3 et 14 et connecte électriquement les électrodes 1 3 et 14. L'interrupteur 1 présente ainsi une configuration de type normalement fermé entre les électrodes 1 3 et 14, illustrée à la figure 7.
Le milieu isolant électriquement 1 62 sépare également les électrodes 1 1 et 1 2 pour les isoler électriquement à l'intérieur de la chambre 1 6. Le milieu isolant 1 62 sépare également les électrodes 1 1 et 1 2 des électrodes 1 3 et 14. La surface interne de la chambre 1 6 est isolante électriquement pour garantir l'isolation électrique entre l'électrode 1 1 et l'électrode 12 l'une de l'autre, et de l'élément conducteur 1 5, de l'électrode 1 3 et de l'électrode 14. L'interrupteur 1 présente ainsi une configuration de type normalement ouvert entre les électrodes 1 1 et 1 2, illustrée à la figure 7.
L'élément 1 5 présente une partie à l'aplomb de la première électrode 1 1 , et une partie à l'aplomb de la deuxième électrode 12. L'interrupteur 1 comprend en outre un élément pyrotechnique 17. L'élément pyrotechnique 1 7 inclut un explosif 1 71 accolé à l'élément conducteur 1 5, et un détonateur 1 72 configuré pour initier l'explosion de l'explosif 1 71 . L'explosion de l'explosif 1 71 peut être commandée par tous moyens appropriés, par exemple par l'application d'un signal électrique sur le détonateur 1 72 par l'intermédiaire d'un circuit de commande 9.
L'explosif 1 71 est configuré pour que les gaz générés par son explosion détachent l'élément 1 5 des électrodes 1 3 et 14, et propulsent l'élément 15 à travers la chambre 1 6 vers les électrodes 1 1 et 1 2. Lors de l'explosion, les gaz générés par l'explosif 1 71 appliquent une pression sur l'élément 1 5 pour le détacher des électrodes 1 3 et 14, pour propulser l'élément 1 5 en contact à la fois avec l'électrode 1 1 et l'électrode 1 2, et pour réchauffer cet élément 15. L'élément 15 est propulsé avec une énergie suffisante pour se souder à l'électrode 1 1 d'une part et à l'électrode 12 d'autre part, selon la configuration
illustrée à la figure 8. Le réchauffement de l'élément 1 5 par les gaz générés par l'explosion facilite en outre la soudure entre l'élément 1 5 et les électrodes 1 1 et 12. La conduction entre les électrodes 1 1 et 1 2 est alors assurée par l'intermédiaire de l'élément 1 5 et par l'intermédiaire des soudures de cet élément 15 aux électrodes 1 1 et 1 2.
L'interrupteur 1 présente alors une configuration fermée fiable et durable entre les électrodes 1 1 et 1 2. L'interrupteur 1 présente alors une configuration ouverte entre les électrodes 1 3 et 14 (alors séparées par le milieu 1 62), entre les électrodes 1 1 et 13, entre les électrodes 1 1 et 14, entre les électrodes 1 2 et 13 et entre les électrodes 1 2 et 14.
La figure 9 est une vue en coupe schématique d'une variante du troisième exemple d'interrupteur 1 avant l'explosion de l'explosif 1 71 . Pour faciliter la rupture entre l'élément 1 5 et l'électrode 1 3 lors de l'explosion :
-l'élément 15 et l'électrode 1 3 sont reliés par une jonction 1 51 électriquement conductrice ;
-l'élément 15, l'électrode 1 3 et la jonction 1 51 sont formés d'un seul tenant ;
-la section transversale de la jonction 151 est inférieure à la section transversale de l'électrode 1 3 et à la section transversale de l'élément 15. Pour garantir la rupture du contact électrique entre l'élément 1 5 et l'électrode 1 3 lors de l'explosion, l'effort de rupture de la liaison 1 51 est inférieur à la résistance mécanique de la fixation entre l'électrode 1 3 et la chambre 1 6.
Pour faciliter le pivotement de l'élément 1 5 par rapport à l'électrode 1 1 lors de l'explosion :
-l'élément 1 5 et l'électrode 1 1 sont reliés par une jonction 1 52 électriquement conductrices ;
-l'élément 15, l'électrode 1 1 et la jonction 1 52 sont formés d'un seul tenant ;
-la section transversale de la jonction 152 est inférieure à la section transversale de l'électrode 1 1 et à la section transversale de l'élément 1 5.
La figure 1 0 est une vue en coupe schématique d'une variante du quatrième exemple d'interrupteur 1 avant l'explosion de l'explosif 1 71 .
Pour faciliter la rupture entre l'élément 1 5 et l'électrode 1 3 lors de l'explosion :
-l'élément 15 et l'électrode 1 3 sont reliés par une jonction 1 51 électriquement conductrice ;
-l'élément 15, l'électrode 1 3 et la jonction 1 51 sont formés d'un seul tenant ;
-la section transversale de la jonction 151 est inférieure à la section transversale de l'électrode 13 et à la section transversale de l'élément 15. Pour garantir la rupture du contact électrique entre l'élément 15 et l'électrode 13 lors de l'explosion, l'effort de rupture de la liaison 151 est inférieur à la résistance mécanique de la fixation entre l'électrode 13 et la chambre 16.
Pour faciliter la rupture entre l'élément 15 et l'électrode 14 lors de l'explosion :
-l'élément 15 et l'électrode 14 sont reliés par une jonction 153 électriquement conductrice ;
-l'élément 15, l'électrode 14 et la jonction 153 sont formés d'un seul tenant ;
-la section transversale de la jonction 153 est inférieure à la section transversale de l'électrode 14 et à la section transversale de l'élément 15. Pour garantir la rupture du contact électrique entre l'élément 15 et l'électrode 14 lors de l'explosion, l'effort de rupture de la liaison 153 est inférieur à la résistance mécanique de la fixation entre l'électrode 14 et la chambre 16.
La figure 1 1 est une vue en coupe schématique d'une autre variante du troisième exemple d'interrupteur 1 selon l'invention. L'électrode 1 1 est formée par l'extrémité d'un câble métallique. L'électrode 13 est également formée par l'extrémité d'un câble métallique. Les extrémités de ces câbles métalliques sont alignées. L'élément 15 est fixé d'une part à l'électrode 1 1 et d'autre part à l'électrode 13. L'élément 15 relie électriquement électrode 1 1 et l'électrode 13. Une cavité est ménagée à l'intérieur de l'élément 15. La cavité contient l'explosif 171 . La section de la cavité est avantageusement supérieure au niveau de la jonction entre l'élément 15 et l'électrode 13, par rapport à la section de la cavité au niveau de la jonction entre l'élément 15 et l'électrode 1 1 . Ainsi, lors de l'explosion, une continuité de matière est conservée entre l'élément 15 et l'électrode 1 1 , tandis qu'une rupture de matière est obtenue entre l'élément 15 et l'électrode 13.
L'électrode 12 inclut un manchon électriquement conducteur entourant l'élément 15. Le manchon de l'électrode 12 est séparé de l'élément 15 par un espace annulaire. L'espace annulaire forme également une séparation entre les électrodes 1 1 et 13. Les électrodes 1 1 et 13 sont avantageusement fixées à l'intérieur de plots isolant 18. Les plots isolants 18 isolent électriquement les électrodes 1 1 et 13 par rapport à l'électrode 12.
Lors de l'explosion de l'explosif 171 , une rupture est réalisée entre l'élément 15 et l'électrode 13 pour ouvrir la connexion entre l'électrode 1 1 et l'électrode 13. L'élément 15 est déformé dans l'espace annulaire jusqu'à venir en contact avec le manchon de l'électrode 12. La connexion électrique entre l'électrode 1 1 et l'électrode 12 est ainsi fermée. L'électrode 12 et l'électrode 13
restent alors isolées électriquement par l'intermédiaire d'un plot 18 et d'un milieu isolant 162 présent dans l'espace annulaire.
Pour un courant nominal de 200A, des câbles métalliques de cuivre pourront présenter une section de 70mm2. L'élément 15 pourra être dimensionné pour garantir une surface de soudure équivalente avec le manchon de l'électrode 12.
Les figures 12 et 13 sont des schémas électriques d'une application du deuxième exemple d'interrupteur selon l'invention, dans différents modes de fonctionnement. Un système d'alimentation 3 en tension continue de puissance présente des première et deuxième bornes de sortie 31 et 32. Un interrupteur 41 selon le premier exemple présente son électrode 1 1 connectée à la première borne 31 et son électrode 12 connectée à la deuxième borne 32. L'alimentation 3 inclut en outre une source de tension continue de puissance 2, en l'occurrence une batterie d'accumulateurs électrochimiques. La source 2 présente des premier et deuxième pôles 21 et 22. Le premier pôle 21 est connecté à la première électrode 1 1 et à la première borne 31 par l'intermédiaire d'un interrupteur 42. Entre les bornes 31 et 32, le système d'alimentation 3 comprend deux branches en parallèle :
-une première branche dans laquelle l'interrupteur 42 et la source 2 sont connectés en série ;
-une deuxième branche dans laquelle la conduction est conditionnée par l'interrupteur 41 .
L'interrupteur 41 est du type normalement ouvert. L'interrupteur 42 peut être sélectivement ouvert ou fermé par l'intermédiaire d'un circuit de commande non illustré.
En fonctionnement normal, lorsqu'on souhaite appliquer la tension de la source 2 entre les bornes 31 et 32, l'interrupteur 41 est maintenu ouvert et l'interrupteur 42 est maintenu fermé, comme illustré à la figure 12.
En cas de dysfonctionnement, par exemple si une température excessive est mesurée au niveau de la source 2 (par exemple une température proche de la température d'emballement thermique d'un accumulateur électrochimique) ou au niveau de la connectique, l'explosion de l'explosif de l'élément pyrotechnique de l'interrupteur 41 est commandée. Ainsi, l'interrupteur 41 se ferme et on forme ainsi un court-circuit entre les bornes 31 et 32, ce qui permet de maintenir une conduction entre ces bornes. Par ailleurs, l'interrupteur 42 est ouvert et la liaison entre la borne 31 et le pôle 21 est donc rompue, de sorte que la source 2 ne peut plus débiter de courant.
La figure 14 est un schéma électrique d'une application du deuxième exemple d'interrupteur l'invention, dans un mode de fonctionnement normal. Par rapport au système d'alimentation de la figure 12, l'interrupteur 42 est remplacé par un fusible 43. Ainsi, entre les bornes 31 et 32, le système d'alimentation 3 comprend deux branches en parallèle :
-une première branche dans laquelle le fusible 43 et la source 2 sont connectés en série ;
-une deuxième branche dans laquelle la conduction est conditionnée par l'interrupteur 41 .
L'interrupteur 41 étant du type normalement ouvert, en fonctionnement normal, la tension entre les pôles 21 et 22 de la source 2 est appliquée entre les bornes 31 et 32.
Lors d'un dysfonctionnement conduisant à un courant débité par la source 2 excessif, la fermeture de l'interrupteur 41 est commandée par une explosion de l'explosif 171 et le fusible 43 fond pour ouvrir la connexion entre le pôle 21 et la borne 31 .
La figure 15 est une représentation schématique d'une variante d'interrupteur 41 selon le deuxième exemple. Dans l'application à un système d'alimentation tel qu'illustré à la figure 14, il est souhaitable que réchauffement du fusible 43 lié à un éventuel courant de court-circuit de la source 2 soit utilisé pour déclencher l'explosion de l'explosif 171 . Ainsi, un échauffement du fusible 43 permet automatiquement de réaliser la fermeture de l'interrupteur 41 . À cet effet, un pont thermique est formé entre le fusible 43 et l'explosif 171 de sorte que le fusible 43 forme un détonateur de l'explosif 171 lors de son échauffement. Un pont thermique entre le fusible 43 et l'explosif 171 peut par exemple être réalisé en plaçant le fusible 43 en contact avec un boîtier thermiquement conducteur et contenant l'explosif 171 . En fonction de l'amplitude et de la durée du courant de court-circuit, le fusible 43 finit par s'ouvrir pour isoler le pôle 21 de la borne 31 .
Pour obtenir un tel déclenchement automatique, le fusible 43 est avantageusement dimensionné de la façon suivante. En désignant par Iccmax le courant de court-circuit maximal débité par la source de tension continue 2, le fusible 43 est dimensionné pour rester fermé lorsqu'il est traversé par ce courant Iccmax pendant une durée suffisante pour que son échauffement initie l'explosion de l'explosif 171 .
La figure 16 est un schéma électrique d'une application du troisième exemple d'interrupteur selon l'invention. Le pôle 21 de la source de tension continue 2 est connecté à la troisième électrode 13 de l'interrupteur 1 . La borne 31 du système 3 est connectée à la première électrode 1 1 de l'interrupteur 1 . La
deuxième électrode 12 est connectée au pôle 22 et à la borne 32. Comme détaillé auparavant, la conduction entre l'électrode 1 1 et l'électrode 13 est du type normalement fermé et la connexion entre l'électrode 1 1 et l'électrode 12 est du type normalement ouvert. Ainsi, en fonctionnement normal, la différence de potentiel entre les pôles 21 et 22 est appliquée entre les bornes 31 et 32. Lors d'un dysfonctionnement, l'explosif 171 ouvre la connexion entre l'électrode 1 1 et l'électrode 13 et ferme la connexion entre l'électrode 1 1 et l'électrode 12. Ainsi, le pôle 21 est déconnecté de la borne 31 et un court-circuit est formé entre les bornes 31 et 32. Cette variante permet d'éviter les pertes de conduction d'un interrupteur semiconducteur entre les électrodes 1 1 et 13 en fonctionnement normal.
Un système d'alimentation 31 est illustré à la figure 17. Ce système 31 comprend plusieurs systèmes 3 détaillés en référence à la figure 16 connectés en série. Ces systèmes 3 comprennent respectivement des sources de tension continue 201 , 202 et 203. Du fait d'un dysfonctionnement au niveau de la source 201 , la connexion entre l'électrode 1 1 et l'électrode 13 de l'interrupteur 1 est ouverte et la connexion entre l'électrode 1 1 et l'électrode 12 de cet interrupteur 1 est fermée. Les bornes 31 et 32 sont donc court-circuitées. En l'absence de dysfonctionnement au niveau des sources 202 et 203, leur système 3 reste en mode de fonctionnement normal. Du fait de la qualité de la conduction à travers l'interrupteur 1 , un courant de forte intensité peut traverser cet interrupteur. Par conséquent, les sources 202 et 203 peuvent continuer à débiter du courant. Le système 31 permet ainsi une continuité de service, particulièrement utile lorsque le système 31 alimente une motorisation de véhicule.
Une continuité de service identique est obtenue en connectant en série des systèmes 3 tels que détaillés en référence aux figures 12 et 14.