WO2022263732A1 - Procede de protection d'un circuit de batterie avec detection d'une liaison electrique vissee defectueuse - Google Patents

Procede de protection d'un circuit de batterie avec detection d'une liaison electrique vissee defectueuse Download PDF

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WO2022263732A1
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circuit
screwed
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resistance
connection
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PCT/FR2022/050728
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Stephane Guerin
Christian Noiret
Arnaud TRUTET
Eric MIZWICKI
Pierre-Mikael VIOLLIN
Victor CLOUZET
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Psa Automobiles Sa
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Definitions

  • TITLE METHOD FOR PROTECTING A BATTERY CIRCUIT WITH DETECTION OF A SCREWED ELECTRICAL CONNECTION
  • the present invention relates to a method for protecting a battery circuit after detection of a defective or loose screwed electrical connection.
  • a battery circuit advantageously comprises a traction battery for an electric motor of a hybrid or electric motor vehicle.
  • a battery also called a battery pack, comprising a series of battery modules.
  • the modules are electrically connected to each other by connection bars which are screwed by electrical connections to each terminal of the modules.
  • a battery in the form of a battery block comprises at least two battery modules connected in series, advantageously six modules, each module comprising an electrochemical cell.
  • the set of modules connected in series which forms the battery pack is associated with a circuit having a positive connection terminal and a negative connection terminal for the power supply of a member, advantageously but not only an electric motor.
  • an electrochemical cell is a cell generating current by chemical reaction, for example of the lithium-ion (or Li-ion) type, of the Ni-Mh or Ni-Cd type or even lead. Screwed electrical connections, with a connection arranged on each longitudinal side of a connection bar, secure each bar of the connection bar system while ensuring electrical contact between a terminal of a module and its associated connection bar .
  • the aim is to be able to detect partial or total loosening of an electrical connection screwed between a connection bar and a battery module before there are serious consequences such as overheating of the battery and at worst a risk fire of the module concerned.
  • connection bar making electrical contact between either a battery module and or another element such as a relay, a fuse or a switch or between two other elements.
  • a first solution involves dedicated temperature measurements, on the connection bars or in the battery modules.
  • the document FR-A-3 051 558 measures the temperature at the level of a contact resistance, thus giving an indication as to the value of the contact resistance.
  • a second solution provides for taking dedicated voltage measurements at the terminals of the screwed electrical connections or at the terminals of an assembly consisting of a connection bar comprising an electrical connection screwed to each of its two longitudinal edges.
  • a third solution is based on a comparison between, on the one hand, the sum of the voltage measurements of the modules and, on the other hand, the overall voltage measured at the terminals of the battery block.
  • the first solution provides inefficient and random detection by lacking precision in the determination of the contact resistance by also requiring means for measuring the temperature.
  • the second solution implemented in isolation did not give complete satisfaction due to its low reliability and needs to be reinforced by another detection.
  • the third solution does not make it possible to differentiate a drop in voltage due to a module from a drop in voltage due to a loosening of a screwed electrical connection.
  • the problem underlying the invention is for a battery pack with several modules connected in series by a screwed electrical connection/connecting bar/screwed electrical connection assembly to detect accurately and as quickly as possible that at least one electrical connection is defective or incorrectly tightened.
  • the present invention relates to a method for protecting a circuit comprising a switch and a battery following detection of a defective or loose screwed electrical connection, the battery comprising a group of modules connected by a system of connection, each connection bar connecting two adjacent modules by being fixed at each of its longitudinal ends to one of the two adjacent modules by a respective screwed electrical connection, an overall voltage at the terminals of the circuit being measured and a voltage for each connection bar being measured between two electrical screw connections associated with the bar, characterized in that, if the overall voltage at the terminals of the circuit reduced by a sum of the voltages of the connection bars taken between their two electrical screw connections associated is greater than a first value of predetermined voltage, it is concluded that at least one of the screwed electrical connections of the busbar system connection is defective or loose and the circuit breaker is at least temporarily placed in the open position or a first alert requesting the opening of the circuit breaker is issued.
  • the present invention provides for comparing the overall voltage measured at the terminals of the battery circuit with the sum of the measurements of the voltages at the terminals of the connection bars and their screwed electrical connections, thus avoiding taking into account a possible module voltage drift that can falsify detection.
  • the present invention is particularly well suited to the detection of a defective screwed electrical connection by considering the sum of the voltages of the connection bars taken between their two associated electrical screwed connections, therefore without interference with the possible variations of the modules of the battery and by subtracting this sum from the overall voltage across the circuit. If the difference is too high, it means that the resistance of at least one connection bar has increased abnormally, probably due to a faulty screwed electrical connection.
  • the first predetermined voltage value is set between 5 and 10 volts.
  • the detection is also applied for screwed electrical connections of auxiliary connection bars connecting a battery module with an element other than a module or two elements other than a battery module.
  • the other element or the other elements are individually or in combination the switch, an electrical relay or a fuse.
  • the circuit switch when the overall voltage at the terminals of the circuit reduced by a sum of the voltages of the connection bars taken between their two associated screwed electrical connections is greater than the first predetermined voltage value, resistance measurements are taken in force for all the circuit assemblies each consisting of a connection bar and its two screwed electrical connections both between two battery modules and between a battery module and another element or between two other elements, and if the total resistance to terminals of the circuit reduced by a sum of the resistances of all the sets is ten times greater than an average predetermined resistance for a set taken in isolation, it is concluded that the circuit has at least one of its sets which is defective or with at least at least one loose electrical connection, the circuit switch being kept placed in the open position or an order of severity of the alert to request and of the opening of the switch of the circuit being increased, whereas, if the total resistance at the terminals of the circuit minus a sum of the resistances of all the sets is not ten times greater than an average predetermined resistance for a set taken in isolation, the circuit switch is returned to the closed
  • the predetermined resistance is equal to 0.05 milliohms.
  • the resistance measurement of at least one assembly is ten times greater than the predetermined resistance
  • a search for a series electric arc is carried out.
  • the series electric arc is representative of a serious fault concerning one or more screwed electrical connections and such research makes it possible to further improve the accuracy of detection.
  • the series electric arc is recognizable by a precise voltage drop within a narrow gauge, including a derivative.
  • a series electric arc is detected if the overall voltage at the terminals of the circuit reduced by a sum of the voltages of the connection bars taken between their two associated screwed electrical connections is between 25 Volts and 20 Volts and, in the event of a detection of a series electric arc, the circuit switch is placed in the open position with the emission of a fire risk alert.
  • the invention also relates to an assembly of a battery circuit and its electronic control unit, characterized in that the control unit comprises means for acquisition, processing by software instructions stored in a memory as well as means control required for the implementation of such a method.
  • the electronic control unit is advantageously the battery management unit or BMS already systematically present for monitoring a traction battery of a hybrid or electric motor vehicle.
  • the BMS can look for a precise voltage drop within a narrow gauge, for example a derivative as a function of time, which allows the identification of an electric arc.
  • the prevention method according to the present invention it is possible to detect small increases in resistance, which however can cause damage when crossed by a strong current, this current possibly being of the order of 400 Amps or more, which makes it possible to prevent a more serious breakdown which would have significant repair costs.
  • FIG. 1 is a view of an electrical circuit comprising a battery with several modules connected in series by connection bars fixed to the modules by screwed electrical connections, the method of protecting an electrical circuit according to the present invention that can be applied to such a circuit.
  • FIG 1 there is shown a circuit comprising a battery pack comprising N battery modules. Only the first and last modules are referenced respectively 1 and N. In Figure 1, six modules are shown, which is not limiting.
  • Each module 1, N comprises at least one electrochemical cell.
  • Two adjacent modules are connected by a connection bar 4 carrying an electrical connection 3 screwed to each of its longitudinal ends.
  • connection bar 4 carrying an electrical connection 3 screwed to each of its longitudinal ends.
  • connection bar 4 carrying an electrical connection 3 screwed to each of its longitudinal ends.
  • only one connection bar is referenced 4 and only three screwed electrical connections are referenced 3 but what is stated for these referenced elements is valid for all elements of the same type.
  • the circuit comprises two connection terminals with a potential difference or voltage Vp between the terminals, a current intensity traversing the circuit being designated by Ip.
  • connection bar 4 For each connection bar 4 connecting two adjacent modules, a voltage V1, V2, V3, VN-2 and VN-1 is measured between the two screwed electrical connections arranged respectively at a longitudinal end of the connection bar 4.
  • the present invention relates to a method for protecting such a circuit comprising a switch 6 and a battery following detection of a defective or loose screwed electrical connection 3.
  • This protection method therefore comprises a step of detecting one or more defective or loose screwed electrical connections 3.
  • the battery comprises a group of modules 1, N connected by a system of connection bars 4.
  • Each connection bar 4 connects two adjacent modules by being fixed at each of its longitudinal ends to one of the two adjacent modules by a screwed electrical connection 3 respectively.
  • the switch 6 of the circuit is at least temporarily placed in the open position or a first alert requesting the opening of the switch 6 of the circuit is emitted .
  • the battery circuit can no longer perform its function of supplying a component such as a motor. It follows that the detection must be reliable because in the case of an electric motor vehicle, the vehicle is stopped or in the case of a hybrid motor vehicle, the electric motor is stopped and it is the heat engine which ensures propulsion.
  • the first predetermined voltage value can be fixed between 5 and 10 Volts.
  • Vp be the voltage at the terminals of the circuit comprising the battery comprising N modules 1, N and Vk the voltage between two electrical connections of the same connection bar 4 between the module k and the module k+1, the first predetermined voltage value which can be fixed at 10 Volts, if the following inequality is verified, it is detected that at least one of the screwed electrical connections 3 of the connection bar system 4 is defective or unscrewed:
  • Vp - ⁇ (Vk) 10
  • the overall voltage at the terminals of the circuit reduced by a sum of the voltages of the connection bars 4 taken between their two associated electrical screw connections 3 has previously been determined to be greater than the first predetermined voltage value, it can be carried out resistance measurements in force for the assemblies each consisting of a connection bar 4 and its two screwed electrical connections 3. Each resistance measurement in force can then be compared with a predetermined resistance for such an assembly, this predetermined resistance being known by experience.
  • a resistance measurement of at least one set is at least ten times higher than the predetermined resistance, which is a strong sign of abnormality, it can be concluded that said at least one set is defective or that at least one of its two screwed electrical connections 3 is unscrewed.
  • the switch 6 of the circuit can be maintained in the open position if such was the case previously after the overall voltage Vp at the terminals of the circuit has been reduced by a sum of the voltages V1 to VN-1 of the connection bars 4 taken between their two associated electrical screw connections 3 has been determined to be greater than the first predetermined voltage value.
  • the switch 6 of the circuit can be placed back in the closed position or the order of severity of the warning of opening request can be decreased. Indeed, in this case, the previously detected voltage difference is then probably due to a slight drift of several screwed electrical connections 3 and not to a voltage difference attributable to a single screwed electrical connection 3, which is more severe.
  • connection bar 4 For a predetermined resistance of a set of connection bar 4 and its two screwed connection elements of 0.05 itiW or milliohms, bar 4 being between module k and module k+1, if the voltage ratio across the terminals of the assembly Vk to a current flowing in the circuit Ip is greater than 10 times the predetermined resistance, i.e. 0.05 itiW, i.e. if the following inequality is verified, it is detected that the specific connection bar assembly 4 and its two screwed electrical connections 3 is defective with probably at least one of the two electrical screwed connections 3 of the assembly defective or unscrewed:
  • auxiliary connection bars 4a, 4b connecting a battery module with an element 5, 6 other than a module or two other elements 5, 6 that a battery module between them.
  • the circuit of the battery pack may comprise as an element 5, 6 other than a module 1, N a fuse 5, a switch 6 and/or a relay or any other type of auxiliary element which may be present. in the battery circuit.
  • the fuse 5 is electrically connected to the first module 1 by an auxiliary connection bar 4b with screwed electrical connections 3 respectively on the module 1 and the fuse 5.
  • the fuse 5 is also electrically connected to the switch 6 by another auxiliary connection bar 4a with screwed electrical connections 3 respectively on the fuse 5 and the switch 6.
  • the auxiliary connection bars 4a and 4b can be different from the connection bars 4 between modules 1, N in which case their electrical resistance can be different.
  • the screwed electrical connections 3 of the auxiliary connection bars 4a and 4b can be equivalent to the screwed electrical connections 3 of the connection bars 4 between battery modules 1, N.
  • auxiliary connection bars 4a, 4b when the overall voltage Vp at the terminals of the circuit reduced by a sum of the voltages V1 to VN-1 of the connection bars 4 taken between their two associated screwed electrical connections 3 is greater than the first predetermined voltage value, resistance measurements can be taken for all the circuit assemblies, each consisting of a connection bar 4 and its two screwed electrical connections 3.
  • connection bar 4 between modules 1, N and between a battery module and another element 5, 6 or between two other elements 5, 6, in both cases for assemblies with an auxiliary connection bar.
  • the circuit has at least one of its sets which is defective or with at least one loose electrical connection.
  • circuit breaker 6 can be held open or a severity order of the circuit breaker 6 open request alert can be increased.
  • Vp be the voltage at the terminals of the circuit comprising the battery comprising N modules 1, N, Ip the current intensity in the circuit and Vk the voltage between two electrical connections of the same connection bar 4 between the module k and the module k+1, Vaux the voltage between two electrical connections of the same auxiliary connection bar 4a, 4b, the auxiliary connection bars 4a, 4b being A in number, if we take as average predetermined resistance O,OditiW, a positive detection is illustrated by the following inequality:
  • the switch 6 of the circuit is returned to the closed position or the order of severity of the alert is reduced.
  • the resistance measurement of at least one set is ten times greater than the predetermined resistance, it can be searched for a series electric arc in the circuit comprising the battery, this to refine the detection and to see if a major fire source problem is present.
  • a series electric arc can be detected if the overall voltage at the terminals of the circuit reduced by a sum of the voltages of the connection bars 4 taken between their two associated screwed electrical connections 3 is between 25 Volts and 20 Volts.
  • Vp being the voltage at the terminals of the circuit comprising the battery comprising N modules 1
  • Vk being the voltage between two electrical connections of the same connection bar 4 between the module k and the module k+1:
  • the switch 6 of the circuit can be maintained or placed in the open position with emission of a fire risk alert, therefore of a high order of severity, given that this is the most dangerous situation for the circuit comprising the battery and the organs that the circuit incorporates, in particular one or more battery modules 1, N.
  • the invention also relates to an assembly of a battery circuit and its electronic control unit comprising the means of acquisition, of processing by software instructions stored in a memory as well as the control means required for an implementation of a method as previously described.
  • the invention is in no way limited to the embodiments described and illustrated which have been given by way of examples only.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de protection d'un circuit comportant un interrupteur (6) et une batterie à plusieurs modules (1, N) avec détection d'une liaison électrique vissée (3) défectueuse, deux modules adjacents étant reliés par une barre de connexion (4) fixée à un des deux modules adjacents par une liaison électrique vissée (3), une tension globale aux bornes du circuit étant mesurée et une tension pour chaque barre de connexion (4) étant mesurée entre ses deux liaisons électriques (3). Si la tension globale (Vp) aux bornes du circuit diminuée d'une somme des tensions (V1 à VN-1) des barres de connexion (4) entre leurs deux liaisons électriques vissées (3) est supérieure à une première valeur de tension prédéterminée, il est conclu qu'au moins une des liaisons électriques vissées (3) est défectueuse et l'interrupteur (6) est au moins provisoirement ouvert ou une première alerte de demande d'ouverture de l'interrupteur (6) est émise.

Description

DESCRIPTION
TITRE : PROCEDE DE PROTECTION D’UN CIRCUIT DE BATTERIE AVEC DETECTION D’UNE LIAISON ELECTRIQUE VISSEE
DEFECTUEUSE La présente invention revendique la priorité de la demande française N°2106321 déposée le 15.06.2021 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un procédé de protection d’un circuit de batterie après détection d’une liaison électrique vissée défectueuse ou dévissée. Sans que cela soit limitatif, un tel circuit de batterie comprend avantageusement une batterie de traction pour un moteur électrique de véhicule automobile hybride ou électrique.
Art antérieur
Il est connu de concevoir une batterie, aussi appelée bloc de batterie, comprenant une série de modules de batterie. Les modules sont connectés électriquement entre eux par des barres de connexion qui sont vissées par des liaisons électriques à chaque borne des modules.
Une batterie sous forme d’un bloc de batterie comprend au moins deux modules de batterie connectés en série, avantageusement six modules, chaque module comprenant une cellule électrochimique.
L’ensemble des modules connectés en série qui forme le bloc de batterie est associé à un circuit présentant une borne positive de raccordement et une borne négative de raccordement pour l’alimentation électrique d’un organe, avantageusement mais pas uniquement un moteur électrique. Dans le cadre de la présente invention, ce qui est appelé cellule électrochimique est une cellule générant du courant par réaction chimique, par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion), de type Ni-Mh, ou Ni-Cd ou encore plomb. Les liaisons électriques vissées, avec une liaison disposée de chaque côté longitudinal d’une barre de connexion effectuent la fixation de chaque barre du système de barres de connexion tout en assurant un contact électrique entre une borne d’un module et sa barre de connexion associée.
Il peut arriver que ce vissage se desserre, par exemple à cause de vibrations transmises à la batterie, notamment quand la batterie est embarquée dans un véhicule. Ainsi, la résistance de contact électrique entre la borne du module et sa barre de connexion augmente. Ceci est très néfaste car, avec le courant traversant cette résistance de contact, il peut apparaître une élévation de température allant jusqu’à amorcer un départ d’incendie du module de la batterie.
Il est connu de l’état de la technique d’effectuer une détection du desserrage d’une liaison électrique vissée dans un circuit associé à une batterie ou bloc de batterie.
Le but est de parvenir à détecter un desserrage partiel ou total d’une liaison électrique vissée entre une barre de connexion et un module de batterie avant qu’il n’y ait de conséquences graves comme une surchauffe de la batterie et au pire un risque d’incendie du module concerné.
Il est aussi possible d’appliquer cela pour une barre de connexion réalisant un contact électrique entre soit un module de batterie et ou un élément autre tel qu’un relais, un fusible ou un interrupteur ou soit entre deux éléments autres.
Plusieurs solutions techniques de détection d’une liaison électrique dévissée ou défectueuse existent. Une première solution met en jeu des mesures de température dédiées, sur les barres de connexion ou dans les modules de batterie. Ainsi, le document FR-A-3 051 558 effectue une mesure de la température au niveau d’une résistance de contact, donnant ainsi une indication quant à la valeur de la résistance de contact.
Une deuxième solution prévoit d’effectuer des mesures de tension dédiées aux bornes des liaisons électriques vissées ou aux bornes d’un ensemble constitué par une barre de connexion comprenant une liaison électrique vissée à chacun de ses deux bords longitudinaux. Enfin, une troisième solution est basée sur une comparaison entre, d’une part, la somme des mesures de tension des modules et, d’autre part, la tension globale mesurée aux bornes du bloc batterie.
La première solution assure une détection peu efficace et aléatoire en manquant de précision sur la détermination de la résistance de contact en requérant de plus des moyens de mesure de la température.
La deuxième solution mise en œuvre isolément n’a pas donné entière satisfaction du fait de sa faible fiabilité et a besoin d’être confortée par une autre détection.
Enfin, la troisième solution ne permet pas de différencier une baisse de tension due à un module d’une baisse de tension due à un déserrage d’une liaison électrique vissée.
Par conséquent, le problème à la base de l’invention est pour un bloc de batterie à plusieurs modules connectés en série par un ensemble liaison électrique vissée/barre de connexion/liaison électrique vissée de détecter avec précision et le plus rapidement possible qu’au moins une liaison électrique est défectueuse ou mal vissée.
Résumé de l'invention
A cet effet, la présente invention concerne un procédé de protection d’un circuit comportant un interrupteur et une batterie suite à une détection d’une liaison électrique vissée défectueuse ou dévissée, la batterie comprenant un groupe de modules reliés par un système de barres de connexion, chaque barre de connexion reliant deux modules adjacents en étant fixée à chacune de ses extrémités longitudinales à un des deux modules adjacents par une liaison électrique vissée respective, une tension globale aux bornes du circuit étant mesurée et une tension pour chaque barre de connexion étant mesurée entre deux liaisons électriques vissées associées à la barre, caractérisé en ce que, si la tension globale aux bornes du circuit diminuée d’une somme des tensions des barres de connexion prises entre leurs deux liaisons électriques vissées associées est supérieure à une première valeur de tension prédéterminée, il est conclu qu’au moins une des liaisons électriques vissées du système de barres de connexion est défectueuse ou dévissée et l’interrupteur du circuit est au moins provisoirement placé en position ouverte ou une première alerte de demande d’ouverture de l’interrupteur du circuit est émise.
L’état de la technique comparait dans une des solutions proposées la tension globale mesurée aux bornes du circuit de la batterie à la somme des mesures de tension des cellules. Contrairement à cela, la présente invention prévoit de comparer la tension globale mesurée aux bornes du circuit de la batterie à la somme des mesures des tensions aux bornes des barres de connexion et de leurs liaisons électriques vissées, donc en évitant de prendre en compte une possible dérive de la tension des modules pouvant fausser la détection. La présente invention est particulièrement bien adaptée à la détection d’une liaison électrique vissée défectueuse en considérant la somme des tensions des barres de connexion prises entre leurs deux liaisons électriques vissées associées, donc sans interférence avec les possibles variations des modules de la batterie et en retranchant cette somme de la tension globale aux bornes du circuit. Si la différence est trop élevée, c’est que la résistance d’au moins une barre de connexion a anormalement augmenté, probablement à causse d’une liaison électrique vissée défectueuse.
Avantageusement, la première valeur de tension prédéterminée est fixée entre 5 et 10 Volts.
Avantageusement, quand la tension globale aux bornes du circuit diminuée d’une somme des tensions des barres de connexion prises entre leurs deux liaisons électriques vissées associées est supérieure à la première valeur de tension prédéterminée, il est procédé à des mesures de résistance en vigueur pour les ensembles constitués chacun d’une barre de connexion et de ses deux liaisons électriques vissées et à la comparaison de chaque mesure de résistance en vigueur avec une résistance prédéterminée pour un tel ensemble et si une mesure de résistance d’au moins un ensemble est au moins dix fois supérieure à la résistance prédéterminée, il est conclu à ce que ledit au moins un ensemble est défectueux ou qu’au moins une de ses deux liaisons électriques vissées est dévissée et l’interrupteur du circuit est maintenu en position ouverte ou un ordre de gravité de l’alerte de demande d’ouverture de l’interrupteur du circuit est augmenté, tandis que si, pour aucun ensemble la mesure de résistance de l’ensemble n’est pas dix fois supérieure à la résistance prédéterminée, l’interrupteur du circuit est replacé en position fermée ou l’ordre de gravité de l’alerte est diminué.
Ceci permet d’affiner la détection et de la confirmer ou de l’annuler.
Avantageusement, la détection est appliquée aussi pour des liaisons électriques vissées de barres auxiliaires de connexion reliant un module de batterie avec un élément autre qu’un module ou deux éléments autres qu’un module de batterie.
Avantageusement, l’élément autre ou les éléments autres sont unitairement ou en combinaison l’interrupteur, un relais électrique ou un fusible.
Avantageusement, quand la tension globale aux bornes du circuit diminuée d’une somme des tensions des barres de connexion prises entre leurs deux liaisons électriques vissées associées est supérieure à la première valeur de tension prédéterminée, il est procédé à des mesures de résistance en vigueur pour tous les ensembles du circuit constitués chacun d’une barre de connexion et de ses deux liaisons électriques vissées aussi bien entre deux modules de batterie qu’entre un module de batterie et un élément autre ou entre deux éléments autres, et si la résistance totale aux bornes du circuit diminuée d’une somme des résistances de tous les ensembles est dix fois supérieure à une résistance prédéterminée moyenne pour un ensemble pris isolément, il est conclu à ce que le circuit présente au moins un de ses ensembles qui est défectueux ou avec au moins une liaison électrique dévissée, l’interrupteur du circuit étant maintenu placé en position ouverte ou un ordre de gravité de l’alerte de demande d’ouverture de l’interrupteur du circuit étant augmenté, tandis que, si la résistance totale aux bornes du circuit diminuée d’une somme des résistances de tous les ensembles n’est pas dix fois supérieure à une résistance prédéterminée moyenne pour un ensemble pris isolément, l’interrupteur du circuit est replacé en position fermée ou l’ordre de gravité de l’alerte est diminué.
Avantageusement, la résistance prédéterminée est égale à 0,05 milliohms.
Avantageusement, si la mesure de résistance d’au moins un ensemble est dix fois supérieure à la résistance prédéterminée, il est procédé à la recherche d’un arc électrique série. L’arc électrique série est représentatif d’un défaut grave concernant une ou des liaisons électriques vissées et une telle recherche permet encore d’améliorer la précision de la détection. L’arc électrique série est reconnaissable par une chute de tension précise comprise dans un gabarit étroit, incluant une dérivée.
Avantageusement, un arc électrique série est détecté si la tension globale aux bornes du circuit diminuée d’une somme des tensions des barres de connexion prises entre leurs deux liaisons électriques vissées associées est comprise entre 25 Volts et 20 Volts et, en cas d’une détection d’un arc électrique série, l’interrupteur du circuit est placé en position ouverte avec émission d’une alerte de risque d’incendie.
L’invention concerne aussi un ensemble d’un circuit de batterie et de son unité de contrôle électronique, caractérisé en ce que l’unité de contrôle comprend des moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que des moyens de commande requis pour la mise en œuvre d’un tel procédé.
L’unité de contrôle électronique est avantageusement le boîtier de management de la batterie ou BMS déjà systématiquement présent pour la surveillance d’une batterie de traction d’un véhicule automobile hybride ou électrique.
Pour la mise en œuvre a minima de la présente invention, il suffit d’ajouter dans le BMS une formule de calcul pour la comparaison de la tension globale du circuit avec la somme des mesures de tension des barres de connexion et de leurs liaisons électriques vissées.
Pour affiner la détection, il est possible de rajouter dans le BMS d’autres formules de calcul discriminant les différents défauts pour faciliter leur reconnaissance. Par exemple, au lieu de comparer la tension à un seuil, le BMS peut rechercher une chute de tension précise comprise dans un gabarit étroit, par exemple de dérivée en fonction du temps, ce qui permet l’identification d’un arc électrique.
Il n’est pas alors besoin d’ajouter de capteur supplémentaire dans le circuit, comme par exemple un ou des capteurs de température. Selon le procédé de prévention conforme à la présente invention, il est possible de détecter des augmentations faibles de résistance, qui pour autant peuvent faire des dégâts quand traversées par un fort courant, ce courant pouvant être de l’ordre de 400 Ampères ou plus, ce qui permet de prévenir une panne plus grave qui aurait des coûts de réparation importants.
Ainsi, selon la nature des déficiences constatées, il est possible d’envisager une réponse graduée allant d’une alerte pour un défaut mineur à un arrêt totale de la fourniture d’électricité par la batterie, ce qui correspond pour un véhicule automobile électrique à un arrêt du véhicule ou pour un véhicule automobile hybride à un arrêt du moteur électrique et à un passage à une propulsion par un moteur thermique.
Brève description des figures
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 :
[Fig. 1] - la figure 1 est une vue d’un circuit électrique comprenant une batterie à plusieurs modules raccordés en série par des barres de connexion fixées aux modules par des liaisons électriques vissées, le procédé de protection d’un circuit électrique selon la présente invention pouvant être appliqué à un tel circuit.
Description détaillée de l'invention
Il est à garder à l’esprit que la figure est donnée à titre d'exemple et n’est pas limitative de l’invention. Elle constitue une représentation schématique de principe destinée à faciliter la compréhension de l’invention. Les références des éléments inchangés ou ayant la même fonction sont communes à chaque élément dupliqué.
A la figure 1 , il est montré un circuit comprenant un bloc batterie comprenant N modules de batterie. Seuls le premier et le dernier modules sont référencés respectivement 1 et N. A la figure 1 , il est montré six modules, ce qui n’est pas limitatif.
Chaque module 1 , N comprend au moins une cellule électrochimique. Deux modules adjacents sont reliés par une barre de connexion 4 portant une liaison électrique 3 vissée à chacune de ses extrémités longitudinales. A la figure 1 , seule une barre de connexion est référencée 4 et seulement trois liaisons électriques vissées sont référencées 3 mais ce qui est énoncé pour ces éléments référencés est valable pour tous les éléments du même type.
Le circuit comprend deux bornes de raccordement avec une différence de potentiel ou tension Vp entre les bornes, une intensité de courant parcourant le circuit étant désigné par Ip.
Pour chaque barre de connexion 4 reliant deux modules adjacents, il est mesuré une tension V1 , V2, V3, VN-2 et VN-1 entre les deux liaisons électriques vissées disposées respectivement à une extrémité longitudinale de la barre de connexion 4.
La présente invention concerne un procédé de protection d’un tel circuit comportant un interrupteur 6 et une batterie suite à une détection d’une liaison électrique vissée 3 défectueuse ou dévissée. Ce procédé de protection comprend donc une étape de détection d’une ou de plusieurs liaisons électriques vissées 3 défectueuses ou dévissées.
Comme précédemment mentionné, la batterie comprend un groupe de modules 1, N reliés par un système de barres de connexion 4. Chaque barre de connexion 4 relie deux modules adjacents en étant fixée à chacune de ses extrémités longitudinales à un des deux modules adjacents par une liaison électrique vissée 3 respective.
Pour assurer la détection, une tension globale aux bornes du circuit est mesurée et une tension pour chaque barre de connexion 4 est mesurée entre deux liaisons électriques vissées 3 associées à la barre.
Si la tension globale Vp aux bornes du circuit diminuée d’une somme des tensions V1 à VN-1 des barres de connexion 4 prises entre leurs deux liaisons électriques vissées 3 associées est supérieure à une première valeur de tension prédéterminée, il est conclu qu’au moins une des liaisons électriques vissées 3 du système de barres de connexion 4 est défectueuse ou dévissée.
Suite à cette détection dans le cadre du procédé de protection du circuit selon la présente invention, l’interrupteur 6 du circuit est au moins provisoirement placé en position ouverte ou une première alerte de demande d’ouverture de l’interrupteur 6 du circuit est émise. Dans le premier cas, le circuit de la batterie ne peut plus assurer sa fonction d’alimentation d’un organe tel qu’un moteur. Il s’ensuit que la détection doit être fiable car dans le cas d’un véhicule automobile électrique, le véhicule est arrêté ou dans le cas d’un véhicule automobile hybride, le moteur électrique est arrêté et c’est le moteur thermique qui assure la propulsion.
La première valeur de tension prédéterminée peut être fixée entre 5 et 10 Volts.
Dans le cas d’un véhicule automobile purement électrique, il est plus judicieux de ne lancer qu’une alerte et de ne pas arrêter le véhicule automobile, d’où la deuxième possibilité de protection dont la validité est à confirmer.
Soit Vp la tension aux bornes du circuit comportant la batterie comprenant N modules 1, N et Vk la tension entre deux liaisons électriques d’une même barre de connexion 4 entre le module k et le module k+1 , la première valeur de tension prédéterminée pouvant être fixée à 10 Volts, si l’inégalité suivante est vérifiée, il est détecté qu’au moins une des liaisons électriques vissées 3 du système de barres de connexion 4 est défectueuse ou dévissée :
[math 1]
Vp - å (Vk) > 10
Le problème est que la précision de cette première détection est parfois insuffisante et ne permet pas de détecter des augmentations faibles de résistance, qui pour autant peuvent faire des dégâts quand traversées par un fort courant, cette imprécision pouvant empêcher de prévenir une panne plus grave qui aurait des coûts de réparation importants.
S’il est constaté un écart de tension élevé supérieur à la première valeur de tension prédéterminée, cet écart de tension pouvant être par exemple de 15Volts, il n’est pas identifiable si cet écart est dû à une dérive de plusieurs liaisons électriques vissées 3, par exemple une dérive de 1 Volt pour 15 liaisons électriques vissées 3, ou à un défaut de 15Volts pour une seule liaison électrique vissée 3, ce qui est plus dangereux et peut alors conduire vers un arc électrique série. Il est donc avantageux de distinguer ces deux cas de figure afin d’effectuer une réaction adaptée au défaut réel, par exemple une ouverture immédiate du circuit ou l’émission d’une alerte d’un ordre de gravité plus ou moins élevé.
Ainsi, quand la tension globale aux bornes du circuit diminuée d’une somme des tensions des barres de connexion 4 prises entre leurs deux liaisons électriques vissées 3 associées a été précédemment déterminée supérieure à la première valeur de tension prédéterminée, il peut être procédé à des mesures de résistance en vigueur pour les ensembles constitués chacun d’une barre de connexion 4 et de ses deux liaisons électriques vissées 3. II peut ensuite être procédé à la comparaison de chaque mesure de résistance en vigueur avec une résistance prédéterminée pour un tel ensemble, cette résistance prédéterminée étant connue par expérience.
Si une mesure de résistance d’au moins un ensemble est au moins dix fois supérieure à la résistance prédéterminée, ce qui est un signe fort d’anormalité, il peut être conclu à ce que ledit au moins un ensemble est défectueux ou qu’au moins une de ses deux liaisons électriques vissées 3 est dévissée.
Dans ce cas, l’interrupteur 6 du circuit peut être maintenu en position ouverte si tel était le cas précédemment après que la tension globale Vp aux bornes du circuit diminuée d’une somme des tensions V1 à VN-1des barres de connexion 4 prises entre leurs deux liaisons électriques vissées 3 associées ait été déterminée supérieure à la première valeur de tension prédéterminée.
Dans le cas où une première alerte de demande d’ouverture de l’interrupteur 6 du circuit avait été précédemment émise, un ordre de gravité de l’alerte de demande d’ouverture de l’interrupteur 6 du circuit est augmenté, étant donné que la première détection a été confirmée.
Inversement, si, pour aucun ensemble la mesure de résistance de l’ensemble n’est pas dix fois supérieure à la résistance prédéterminée, l’interrupteur 6 du circuit peut être replacé en position fermée ou l’ordre de gravité de l’alerte de demande d’ouverture peut être diminué. En effet, dans ce cas de figure, l’écart de tension précédemment détecté est alors vraisemblablement dû à une légère dérive de plusieurs liaisons électriques vissées 3 et non à un écart de tension imputable à une seule liaison électrique vissée 3, ce qui est plus grave.
Par exemple, pour une résistance prédéterminée d’un ensemble d’une barre de connexion 4 et de ses deux éléments de liaison vissées de 0,05 itiW ou milliohms, la barre 4 étant entre le module k et le module k+1 , si le rapport tension aux bornes de l’ensemble Vk sur un courant circulant dans le circuit Ip est supérieure à 10 fois la résistance prédéterminée soit 0,05 itiW, c’est-à-dire si l’inégalité suivante est vérifiée, il est détecté que l’ensemble spécifique barre de connexion 4 et ses deux liaisons électriques vissées 3 est défectueux avec vraisemblablement au moins une des deux liaisons électriques vissées 3 de l’ensemble défectueuse ou dévissée :
[math 2]
Vk
—> 0,5 itiW Ip
Les deux étapes de détection décrites plus haut peuvent être appliquées aussi pour des liaisons électriques vissées 3 de barres auxiliaires de connexion 4a, 4b reliant un module de batterie avec un élément autre 5, 6 qu’un module ou deux éléments autres 5, 6 qu’un module de batterie entre eux.
Sans que cela soit limitatif, le circuit du bloc de batterie peut comprendre comme élément autre 5, 6 qu’un module 1 , N un fusible 5, un interrupteur 6 et/ou un relais ou tout autre type d’élément auxiliaire pouvant être présent dans le circuit de batterie.
A la figure 1 , le fusible 5 est relié électriquement au premier module 1 par une barre de connexion auxiliaire 4b avec des liaisons électriques vissées 3 respectivement sur le module 1 et au fusible 5. Le fusible 5 est aussi relié électriquement à l’interrupteur 6 par une autre barre de connexion auxiliaire 4a avec des liaisons électriques vissées 3 respectivement sur le fusible 5 et l’interrupteur 6.
Les barres de connexion auxiliaires 4a et 4b peuvent être différentes des barres de connexion 4 entre modules 1 , N auquel cas leur résistance électrique peut être différente. Les liaisons électriques vissées 3 des barres de connexion auxiliaires 4a et 4b peuvent être équivalentes aux liaisons électriques vissées 3 des barres de connexion 4 entre modules 1 , N de batterie.
Il faudra cependant tenir compte éventuellement dans les calculs de résistance de toute modification de résistance électrique d’une barre auxiliaire 4a, 4b avec ses liaisons électriques vissées 3 par rapport à une barre de connexion 4 entre modules 1 , N.
Dans le cas de présence de barres de connexion auxiliaires 4a, 4b, quand la tension globale Vp aux bornes du circuit diminuée d’une somme des tensions V1 à VN-1 des barres de connexion 4 prises entre leurs deux liaisons électriques vissées 3 associées est supérieure à la première valeur de tension prédéterminée, il peut être procédé à des mesures de résistance en vigueur pour tous les ensembles du circuit constitués chacun d’une barre de connexion 4 et de ses deux liaisons électriques vissées 3.
Ceci vaut aussi bien entre deux modules 1 , N de batterie pour un ensemble avec une barre de connexion 4 entre modules 1 , N qu’entre un module de batterie et un élément autre 5, 6 ou entre deux éléments autres 5, 6, dans les deux cas pour des ensembles avec une barre de connexion auxiliaire.
Si la résistance totale aux bornes du circuit diminuée d’une somme des résistances de tous les ensembles est dix fois supérieure à une résistance prédéterminée moyenne pour un ensemble pris isolément, il est conclu à ce que le circuit présente au moins un de ses ensembles qui est défectueux ou avec au moins une liaison électrique dévissée.
Dans ce cas, l’interrupteur 6 du circuit peut être maintenu en position ouverte ou un ordre de gravité de l’alerte de demande d’ouverture de l’interrupteur 6 du circuit peut être augmenté.
Soient Vp la tension aux bornes du circuit comportant la batterie comprenant N modules 1 , N, Ip l’intensité de courant dans le circuit et Vk la tension entre deux liaisons électriques d’une même barre de connexion 4 entre le module k et le module k+1 , Vaux la tension entre deux liaisons électriques d’une même barre de connexion auxiliaire 4a, 4b, les barres de connexion auxiliaires 4a, 4b étant au nombre de A, si on prend comme résistance prédéterminée moyenne O,OditiW, une détection positive est illustrée par l’inégalité suivante :
[math 3] _ O,ditiW
Figure imgf000015_0001
Inversement, si pour aucun ensemble la mesure de résistance de l’ensemble n’est pas dix fois supérieure à la résistance prédéterminée, l’interrupteur 6 du circuit est replacé en position fermée ou l’ordre de gravité de l’alerte est diminué.
Si la mesure de résistance d’au moins un ensemble est dix fois supérieure à la résistance prédéterminée, il peut être procédé à la recherche d’un arc électrique série dans le circuit comportant la batterie, ceci pour affiner la détection et pour voir si un problème majeur source d’incendie est présent.
Un arc électrique série peut être détecté si la tension globale aux bornes du circuit diminuée d’une somme des tensions des barres de connexion 4 prises entre leurs deux liaisons électriques vissées 3 associées est comprise entre 25 Volts et 20 Volts.
Ceci est illustré par l’inégalité suivante, Vp étant la tension aux bornes du circuit comportant la batterie comprenant N modules 1 , N et Vk étant la tension entre deux liaisons électriques d’une même barre de connexion 4 entre le module k et le module k+1 :
[math 4]
Figure imgf000015_0002
En cas d’une détection d’un arc électrique série, l’interrupteur 6 du circuit peut être maintenu ou placé en position ouverte avec émission d’une alerte de risque d’incendie donc d’un ordre de gravité élevé, étant donné que c’est la situation la plus dangereuse pour le circuit comportant la batterie et les organes que le circuit incorpore, notamment un ou des modules 1 , N de batterie. L’invention concerne aussi un ensemble d’un circuit de batterie et de son unité de contrôle électronique comprenant les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis pour une mise en œuvre d’un procédé tel que précédemment décrit. L’invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n’ont été donnés qu’à titre d’exemples.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de protection d’un circuit comportant un interrupteur (6) et une batterie suite à une détection d’une liaison électrique vissée (3) défectueuse ou dévissée, la batterie comprenant un groupe de modules (1, N) reliés par un système de barres de connexion (4), chaque barre de connexion (4) reliant deux modules adjacents en étant fixée à chacune de ses extrémités longitudinales à un des deux modules adjacents par une liaison électrique vissée (3) respective, une tension globale (Vp) aux bornes du circuit étant mesurée et une tension (V1 à VN-1) pour chaque barre de connexion (4) étant mesurée entre deux liaisons électriques vissées (3) associées à la barre, caractérisé en ce que, si la tension globale (Vp) aux bornes du circuit diminuée d’une somme des tensions (V1 à VN-1) des barres de connexion (4) prises entre leurs deux liaisons électriques vissées (3) associées est supérieure à une première valeur de tension prédéterminée, il est conclu qu’au moins une des liaisons électriques vissées (3) du système de barres de connexion (4) est défectueuse ou dévissée et l’interrupteur (6) du circuit est au moins provisoirement placé en position ouverte ou une première alerte de demande d’ouverture de l’interrupteur (6) du circuit est émise.
2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la première valeur de tension prédéterminée est fixée entre 5 et 10 Volts.
3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, quand la tension globale (Vp) aux bornes du circuit diminuée d’une somme des tensions (V1 à VN-1) des barres de connexion (4) prises entre leurs deux liaisons électriques vissées (3) associées est supérieure à la première valeur de tension prédéterminée, il est procédé à des mesures de résistance en vigueur pour les ensembles constitués chacun d’une barre de connexion (4) et de ses deux liaisons électriques vissées (3) et à la comparaison de chaque mesure de résistance en vigueur avec une résistance prédéterminée pour un tel ensemble et si une mesure de résistance d’au moins un ensemble est au moins dix fois supérieure à la résistance prédéterminée, il est conclu à ce que ledit au moins un ensemble est défectueux ou qu’au moins une de ses deux liaisons électriques vissées (3) est dévissée et l’interrupteur (6) du circuit est maintenu en position ouverte ou un ordre de gravité de l’alerte de demande d’ouverture de l’interrupteur (6) du circuit est augmenté, tandis que si, pour aucun ensemble la mesure de résistance de l’ensemble n’est pas dix fois supérieure à la résistance prédéterminée, l’interrupteur (6) du circuit est replacé en position fermée ou l’ordre de gravité de l’alerte est diminué.
4. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la détection est appliquée aussi pour des liaisons électriques vissées (3) de barres auxiliaires de connexion (4a,
4b) reliant un module de batterie avec un élément autre (5, 6) qu’un module ou deux éléments autres (5, 6) qu’un module de batterie.
5. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’élément autre ou les éléments autres (5, 6) sont unitairement ou en combinaison l’interrupteur (6), un relais électrique ou un fusible (5).
6. Procédé selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel, quand la tension globale (Vp) aux bornes du circuit diminuée d’une somme des tensions (V1 à VN-1 ) des barres de connexion (4) prises entre leurs deux liaisons électriques vissées (3) associées est supérieure à la première valeur de tension prédéterminée, il est procédé à des mesures de résistance en vigueur pour tous les ensembles du circuit constitués chacun d’une barre de connexion (4) et de ses deux liaisons électriques vissées (3) aussi bien entre deux modules (1 , N) de batterie qu’entre un module de batterie et un élément autre (5, 6) ou entre deux éléments autres (5, 6), et si la résistance totale aux bornes du circuit diminuée d’une somme des résistances de tous les ensembles est dix fois supérieure à une résistance prédéterminée moyenne pour un ensemble pris isolément, il est conclu à ce que le circuit présente au moins un de ses ensembles qui est défectueux ou avec au moins une liaison électrique (3) dévissée, l’interrupteur (6) du circuit étant maintenu placé en position ouverte ou un ordre de gravité de l’alerte de demande d’ouverture de l’interrupteur (6) du circuit étant augmenté, tandis que, si la résistance totale aux bornes du circuit diminuée d’une somme des résistances de tous les ensembles n’est pas dix fois supérieure à une résistance prédéterminée moyenne pour un ensemble pris isolément, l’interrupteur (6) du circuit est replacé en position fermée ou l’ordre de gravité de l’alerte est diminué.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel la résistance prédéterminée est égale à 0,05 milliohms.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel, si la mesure de résistance d’au moins un ensemble est dix fois supérieure à la résistance prédéterminée, il est procédé à la recherche d’un arc électrique série.
9. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel un arc électrique série est détecté si la tension globale (Vp) aux bornes du circuit diminuée d’une somme des tensions (V1 à VN-1) des barres de connexion (4) prises entre leurs deux liaisons électriques vissées (3) associées est comprise entre 25 Volts et 20 Volts et, en cas d’une détection d’un arc électrique série, l’interrupteur (6) du circuit est placé en position ouverte avec émission d’une alerte de risque d’incendie.
10. Ensemble d’un circuit de batterie et de son unité de contrôle électronique, caractérisé en ce que l’unité de contrôle comprend des moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que des moyens de commande requis pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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