FR3011688A1

FR3011688A1 - Prise electrique securisee en temperature

Info

Publication number: FR3011688A1
Application number: FR1359738A
Authority: FR
Inventors: Guillaume Belliot
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-04-10
Anticipated expiration: 2033-10-08
Also published as: FR3011688B1

Abstract

Prise électrique sécurisée (4) comprenant des contacts de puissance (8) aptes à coopérer avec des contacts de puissance (9) complémentaires d'une prise électrique complémentaire (6), la prise électrique (4) comprenant un premier capteur de température (10) monté à proximité des contacts de puissance (8) de la prise électrique (4) et apte à délivrer un premier signal variable en fonction de la température des contacts de puissance (8) et de la température ambiante. La prise électrique comprend un second capteur de température (11) déporté par rapport aux contacts de puissance (8) de la prise électrique (4) et apte à mesurer un second signal variable en fonction de la température ambiante, et des moyens de commande (12) d'une coupure d'alimentation en fonction des températures mesurées.

Description

Prise électrique sécurisée en température L'invention concerne la charge et la recharge d'une batterie d'un véhicule automobile, et plus particulièrement une prise électrique dont le fonctionnement dépend de sa température. Les véhicules automobiles à traction au moins partiellement électrique sont de plus en plus présents sur le marché. En majorité, les véhicules à traction électrique ou les véhicules hybrides comprennent une unité de stockage d'énergie électrique telle qu'une batterie qui permet d'alimenter en électricité une ou plusieurs machines électriques fournissant une certaine quantité de puissance mécanique nécessaire pour la motricité du véhicule. Dans certains cas, le véhicule comprend une connexion ou prise électrique, telle qu'un socle ou une prise électrique mâle, qui permet de recharger la batterie en raccordant le socle ou la prise mâle respectivement à une prise mâle ou un socle électrique d'un réseau de distribution électrique externe approprié. Les infrastructures nécessaires pour recharger électriquement la batterie d'un véhicule automobile à traction au moins partiellement électrique peuvent comprendre des moyens aptes à délivrer un courant à relativement haute intensité pour faciliter la charge de la batterie et diminuer son temps de charge. À titre d'exemple, une infrastructure de recharge rapide permet de délivrer une tension alternative triphasée de 400 V pour une intensité de courant de 63 A.

De telles infrastructures n'étant pas toujours accessibles, les utilisateurs d'un véhicule automobile à traction au moins partiellement électrique peuvent utiliser un réseau d'alimentation électrique domestique pour recharger la batterie de leur véhicule. Le réseau d'alimentation domestique est alors limité à une tension alternative monophasée de 220 V pour une intensité de courant de 13 A maximum. Quel que soit le type d'infrastructure utilisé et les niveaux des courants de charge, la détérioration de la liaison de contact entre les contacts de la prise de charge et ceux du socle de prise de charge peut entraîner des emballements thermiques par augmentation de la résistance électrique, pouvant entraîner la fusion des parties plastiques et métalliques des prises et des risques de brûlures chez l'utilisateur. Pour pallier cet inconvénient, il est connu d'utiliser un capteur de température à proximité des fiches de la prise électrique des moyens de raccordement sur le véhicule automobile afin d'interdire la charge de la batterie si la température est trop élevée, la température élevée risquant d'endommager la prise. Il est notamment connu du document WO 2012/139778 un système de charge comprenant notamment un câble comportant à chacune de ses deux extrémités une prise électrique mâle configurée pour coopérer avec un socle électrique ou une prise électrique femelle correspondante, l'un des socles électriques étant monté sur le véhicule automobile dont la batterie doit être chargée et l'autre socle étant monté sur une borne externe et raccordée à un réseau d'alimentation électrique. Au moins une des connexions électriques du système de charge comprend un capteur de température permettant de mesurer la température à proximité d'un conducteur électrique d'une connexion électrique pendant un cycle de charge de la batterie. La température mesurée est comparée à un seuil prédéterminé fixe, le courant de charge délivré par le réseau d'alimentation électrique est modifié et notamment diminué en fonction de la température mesurée de manière à maintenir la charge de la batterie tout en ne dépassant pas une température critique pour la connexion électrique, puis arrêté si l'emballement thermique persiste.

Un des problèmes d'un tel système de charge est que la température mesurée n'est pas assez caractéristique des fiches les plus éloignées du capteur et que le seuil de coupure de charge n'est pas facilement déterminable. Il est en effet difficile de protéger par un seul capteur de température les socles de charge montés sur le véhicule automobile et comportant des douilles aptes à recevoir des prises électriques mâles, ainsi que les prises de charge qui viennent s'y brancher, contre les emballements thermiques quelque soit la température de fonctionnement. À titre d'exemple, une température de fonctionnement typique définie par la norme IEC 6219622 pour une prise électrique d'un système de charge est comprise entre -30°C et 50°C. Le capteur de température est utilisé pour provoquer la diminution ou la coupure de la charge électrique à partir d'un seuil de déclenchement, obtenu lorsque les contacts de puissance du socle électrique et les parties en plastique entourant ses contacts atteignent une température maximale acceptable. La coupure de la charge est effectuée par la borne de charge, via la remontée de l'information du capteur vers un calculateur du véhicule, et la transmission de l'information de ce calculateur, via le cordon de charge, vers la borne de charge. La valeur du seuil de déclenchement de ce capteur de température qui dépend à la fois de la température des contacts et de la température ambiante doit répondre à deux exigences contradictoires bien souvent non conciliables : - elle doit être suffisamment élevée afin d'éviter une coupure de la charge en régime nominal. Cette situation est impérative et d'autant plus critique que la température ambiante est importante. - elle doit être suffisamment basse afin de permettre la coupure de la charge avant que les contacts et boîtier plastique entourant les contacts n'atteignent leur température maximale admissible. Cette situation est d'autant plus critique que la température ambiante est faible.

La conséquence réside dans l'obligation d'avoir un seuil de déclenchement élevé ne permettant pas de déclencher suffisamment tôt à basse température. L'invention vise à protéger efficacement les prises de charge et les socles de prises de charge contre les emballements thermiques quelque soit la température ambiante. Selon un aspect de l'invention, il est proposé une prise électrique sécurisée comprenant des contacts de puissance aptes à coopérer avec des contacts de puissance complémentaires d'une prise électrique complémentaire, la prise électrique comprenant un premier capteur de température monté à proximité des contacts de puissance de la prise électrique et apte à délivrer un premier signal variable en fonction de la température des contacts de puissance et de la température ambiante.

Selon une caractéristique générale, la prise électrique comprend un second capteur de température déporté par rapport aux contacts de puissance du raccord et apte à mesurer un second signal variable en fonction de la température ambiante, et des moyens de commande d'une coupure d'alimentation en fonction des températures mesurées. Le second capteur de courant permet ainsi de déterminer la température ambiante et de déterminer ainsi la part d'échauffement de la prise électrique générée réellement par le passage du courant de charge.

De préférence, les moyens de commande comprennent un premier module de comparaison apte à comparer le premier signal à une température seuil, la température seuil dépendant du second signal et les moyens de commande commandant la coupure d'alimentation si le premier signal est supérieur à la température seuil.

Ainsi, la coupure d'alimentation peut être déclenchée à une température plus élevée lorsque la température ambiante est élevée, ce qui permet de maintenir une charge à une température plus élevée de la prise électrique que dans l'art antérieur tout en restant dans des conditions de sécurité. Et il est par ailleurs possible de déclencher une coupure d'alimentation plus rapidement, c'est-à-dire pour une température de prise électrique plus basse, lorsque la température ambiante est très basse, et ainsi prévenir plus facilement des risques de dégradation thermiques pour la prise électrique. Avantageusement, les moyens de commande comprennent un module de traitement apte à mesurer un premier gradient de température à partir d'une succession de premiers signaux reçus, et un second gradient de température à partir d'une succession de seconds signaux reçus, et un second module de comparaison apte à comparer le premier gradient de température à un gradient seuil, le gradient seuil dépendant du second gradient de température et les moyens de commande commandant la coupure d'alimentation si le premier gradient est supérieur au gradient seuil. En calculant le gradient de température pour le premier signal au moins, il est possible de visualiser à quelle vitesse la température monte. Le gradient de température permet ainsi de prévenir une éventuelle élévation rapide de la température de la prise électrique au-delà de la température seuil à cause d'une forte intensité de courant traversant la prise électrique. En réglant le seuil de gradient on peut ainsi couper l'alimentation avant même que la température n'ait atteint des températures trop importantes. Le déclenchement peut dépendre seulement du gradient de température du premier signal, ou bien du gradient de température des deux signaux ou bien encore du gradient de température d'au moins le premier signal et de la valeur du signal du premier et/ou du second signal. La prise électrique peut avantageusement comprendre une ligne de commande apte à être raccordée à une ligne de commande complémentaire de ladite prise électrique complémentaire, les moyens de commande commandant via ladite ligne de commande l'ouverture de relais d'alimentation d'une borne de charge raccordée à un réseau d'alimentation électrique. La prise électrique peut également comprendre un boîtier comportant les contacts de puissance, le second capteur de température étant monté à l'extérieur du boîtier. Le second capteur peut être monté sur l'extérieur du boîtier ou bien déporté à distance du boîtier de manière à être monté sur le véhicule automobile ou bien sur la borne de charge ou bien encore sur une rallonge électrique entre les deux prises électriques de la rallonge.

Dans un mode de réalisation, le second capteur peut comprendre un capteur de température de l'habitacle. Le capteur de température de l'habitacle étant déjà monté dans le véhicule automobile et utilisé pour la régulation climatique de l'habitacle, le coût de fabrication de la prise électrique et son encombrement en sont diminués. Dans une variante, le premier capteur peut comprendre une pluralité de capteurs de température raccordés électriquement en série ou en parallèle. Dans un mode de réalisation, la prise électrique correspond à un socle électrique d'une borne de charge pour véhicule automobile. Dans un autre mode de réalisation, la prise de courant correspond à un socle électrique de charge monté sur véhicule automobile. Dans encore un autre mode de réalisation, la prise électrique correspond à une prise électrique mâle ou femelle d'une rallonge électrique comprenant un boîtier de commande comportant les moyens de commande.

Avantageusement, le boîtier de commande peut comprendre le second capteur de température. D' autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation et d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, nullement limitatifs, et des dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 présente de manière schématique un véhicule automobile raccordé à une borne de charge selon un premier mode de réalisation ; la figure 2 présente de manière schématique un véhicule automobile raccordé à une borne de charge selon un deuxième mode de réalisation ; la figure 3 présente de manière schématique un véhicule automobile raccordé à une borne de charge selon un troisième mode de réalisation.

Sur la figure 1 est représenté de manière schématique un véhicule automobile 1 raccordé à une borne de chargement 2 via une rallonge électrique 3 selon un premier mode de réalisation de l' invention.

Le véhicule automobile 1 à traction au moins partiellement électrique comprend une prise électrique 4 sous la forme d'un socle électrique et la borne électrique 2 comprend une prise électrique 5 sous la forme d'un socle électrique couplée à un réseau de distribution électrique Réseau. Le socle électrique 4 est configuré pour coopérer avec une première prise électrique mâle 6 de la rallonge électrique 3, la rallonge électrique 3 comprenant une seconde prise électrique mâle 7. La seconde prise électrique mâle 7 de la rallonge électrique 3 est configurée pour coopérer avec le socle électrique 5 de la borne de charge 2. Le socle électrique 4 monté sur le véhicule électrique est raccordé à la batterie du véhicule de sorte que, lorsque la borne de charge 2 est connectée au véhicule électrique via la rallonge électrique, la batterie puisse être rechargée. Le socle électrique 4 comprend des contacts de puissance 8 réalisés sous forme de douilles de puissance aptes à coopérer avec des contacts de puissance complémentaires 9, ou broches, de la prise électrique mâle 6 de la rallonge électrique 3. Une douille de puissance 8 est destinée à être couplée à une première phase Ph], une douille de puissance 8 est destinée à être couplée à une seconde phase Ph2 et une douille de puissance 8 est destinée à être couplée à la terre T. Le socle électrique 4 comprend également des douilles de puissance destinées à être couplées respectivement à une troisième phase d'alimentation et à une phase de neutre, non représentées sur les figures. Le socle électrique 4 comprend également un premier capteur de température 10 monté au plus près des douilles de puissance 8 et apte à mesurer une température dépendant de la température ambiante et de la température des douilles de puissance 8.

Le socle électrique 4 comprend également un second capteur de température 11 déporté apte à mesurer la température ambiante. Le second capteur de température 11 est électriquement couplé au socle électrique 4 et est agencé dans le véhicule automobile 1 de manière à se trouver éloigné de toute source de chaleur.

Dans une variante, le second capteur de température 11 peut être monté sur l'extérieur du socle électrique 4, thermiquement isolé des douilles de puissance 8. Dans une autre variante, le second capteur de température 11 peut correspondre à un capteur de température ambiante extérieure fixé par exemple sur un rétroviseur extérieur du véhicule. Le socle électrique 4 comprend des moyens de commande 12 aptes à commander une coupure d'alimentation électrique entre la borne de chargement 2 et le véhicule automobile 1 en fonction des températures mesurées par le premier capteur de température 10 et le second capteur de température 11. Une variante est d'avoir les moyens de commande 12 à l'extérieur du socle de prise 4. Le premier capteur de température 10 délivre un premier signal variable en fonction de la température des contacts de puissance et de la température ambiante, tandis que le second capteur de température 11 délivre un second signal variable en fonction de la température ambiante. Les moyens de commande 12 comprennent un premier module de comparaison 13 permettant de comparer le premier signal à une température seuil. La valeur de la température seuil est définie par un module de seuil 14 recevant le second signal et délivrant en sortie une valeur de température seuil dépendant de la valeur du second signal c'est-à-dire dépendant de la température ambiante mesurée par le second capteur de température 11. Si la valeur du premier signal est supérieure à la température seuil, les moyens de commande 12 génèrent un signal de commande Commande qui est transmis à la borne de charge 2 via une ligne de commande comprenant entre une douille de commande 15 couplée aux moyens de commande 12 et agencée dans le socle électrique 4, une première broche de commande 16 agencée dans la première prise mâle 6 de la rallonge électrique 3, une seconde broche de commande 17 agencée dans la seconde prise mâle 7, et une douille de réception de commande 18 agencée dans le socle électrique 5 de la borne de charge 2. La borne de charge 2 comprend des douilles de puissance 19 couplées au réseau d'alimentation via des relais 20. Les douilles de puissance 19 coopèrent avec des broches de puissance 21 agencées dans la seconde prise mâle 7 de la rallonge électrique pour délivrer le courant d'alimentation au véhicule automobile 1. La génération du signal de commande Commande entraîne l'ouverture des relais 20 de la borne de charge 2 et ainsi une coupure d' alimentation. Dans une variante, les relais 20 peuvent être agencés en dehors du socle électrique 5. La figure 2 illustre de manière schématique un deuxième mode de réalisation de l'invention. Les éléments identiques au premier mode de réalisation illustré sur la figure 1 possèdent les mêmes références. Les références des éléments différents ont été multipliées par dix. Le deuxième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce que la prise électrique sécurisée correspond à la première prise électrique mâle 60 de la rallonge électrique 30.

Le socle électrique 40 du véhicule automobile 1 est exempt de douille de commande et comprend des douilles de puissance 8 aptes à coopérer avec des broches de puissance 9 agencées dans la première prise électrique mâle 60 de la rallonge électrique 30. La première prise électrique mâle 60 comprend un premier capteur de température 100 monté au plus près des broches de puissance 9 et apte à mesurer une température dépendant de la température ambiante et de la température des broches de puissance 9. La première prise électrique mâle 60 comprend également un second capteur de température 110 déporté apte à mesurer la température ambiante. Le second capteur de température 110 est électriquement couplé à la première prise électrique mâle 60 et est agencé sur la rallonge électrique 30 entre la première prise électrique mâle 60 et la seconde prise électrique mâle 7 de manière à se trouver éloigné de toute source de chaleur.

Dans une variante, le second capteur de température 110 peut être monté sur l'extérieur de la première prise électrique mâle 60, thermiquement isolé des broches de puissance 9. Dans une autre variante, le second capteur de température 110 peut être monté dans une unité de sécurité, nommée en anglais EVSE pour Electric Vehicle Safety Unit. La première prise électrique mâle 60 comprend des moyens de commande 120 comprenant un module de comparaison 130 dont le fonctionnement est identique à celui du module de comparaison 13 du premier mode de réalisation et un module de seuil 140 dont le fonctionnement est identique à celui du module de seuil 14 du premier mode de réalisation illustré sur la figure 1. Dans une variante, la prise électrique sécurisée peut correspondre à la seconde prise électrique mâle de la rallonge électrique couplée au socle électrique de la borne de charge. La figure 3 illustre de manière schématique un troisième mode de réalisation de l'invention. Les éléments identiques au premier mode de réalisation illustré sur la figure 1 possèdent les mêmes références. Le troisième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce que la prise électrique sécurisée correspond au socle électrique 500 de la borne de charge 2. Le socle électrique 400 du véhicule automobile 1 et la première prise mâle 600 de la rallonge électrique 300 sont exempts respectivement de douille de commande et de broche de commande. Le socle électrique 400 du véhicule automobile 1 comprend des douilles de puissance 8 aptes à coopérer avec des broches de puissance 9 agencées dans la première prise électrique mâle 600 de la rallonge électrique 300. Le socle électrique 500 de la borne de charge 2 comprend des douilles de puissance 19 aptes à coopérer avec des broches de puissance 21 agencées dans la seconde prise électrique mâle 700 de la rallonge électrique 300. Le socle électrique 500 de la borne de charge 2 comprend un premier capteur de température 1000 monté au plus près des douilles de puissance 19 et apte à mesurer une température dépendant de la température ambiante et de la température des douilles de puissance 19. Le socle électrique 500 de la borne de charge 2 comprend également un second capteur de température 1100 déporté apte à mesurer la température ambiante. Le second capteur de température 1100 est électriquement couplé au socle électrique 500 de la borne de charge 2 et est monté sur l'extérieur du socle électrique 500 de manière à se trouver éloigné de toute source de chaleur.

Le socle électrique 500 comprend des moyens de commande 1200 comprenant un module de comparaison 1300 dont le fonctionnement est identique à celui du module de comparaison 13 du premier mode de réalisation et un module de seuil 1400 dont le fonctionnement est identique à celui du module de seuil 14 du premier mode de réalisation illustré sur la figure 1. Le module 1200 peut ainsi commander l'ouverture des relais 20 selon les températures mesurées. Le tableau 1 suivant donne des exemples de température de seuil de déclenchement du capteur de température en fonction de la température ambiante mesurée.

Tambiante Tseuil -30°C 40°C -20°C 45°C -10°C 50°C 0°C 55°C +10°C 60°C +20°C 65°C +30°C 70°C +40°C 75°C +50°C 80°C Tableau 1 L'invention permet ainsi de fournir une solution pour la charge ou la recharge d'une batterie d'un véhicule automobile à traction au moins partiellement électrique permettant de protéger efficacement les prises de charge et les socles de prises de charge contre les emballements thermiques quelque soit la température ambiante.

Claims

REVENDICATIONS1. Prise électrique sécurisée (4) comprenant des contacts de puissance (8) aptes à coopérer avec des contacts de puissance (9) complémentaires d'une prise électrique complémentaire (6), la prise électrique (4) comprenant un premier capteur de température (10) monté à proximité des contacts de puissance (8) de la prise électrique (4) et apte à délivrer un premier signal variable en fonction de la température des contacts de puissance (8) et de la température ambiante, caractérisée en ce qu'elle comprend un second capteur de température (11) déporté par rapport aux contacts de puissance (8) de la prise électrique (4) et apte à mesurer un second signal variable en fonction de la température ambiante, et des moyens de commande (12) d'une coupure d'alimentation en fonction des températures mesurées.
2. Prise électrique selon la revendication 1, dans laquelle les moyens de commande (12) comprennent un premier module de comparaison (13) apte à comparer le premier signal à une température seuil, la température seuil dépendant du second signal et les moyens de commande (12) commandant la coupure d'alimentation si le premier signal est supérieur à la température seuil.
3. Prise électrique selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle les moyens de commande (12) comprennent un module de traitement apte à mesurer un premier gradient de température à partir d'une succession de premiers signaux reçus, et un second gradient de température à partir d'une succession de second signaux reçus, et un second module de comparaison apte à comparer le premier gradient de température à un gradient seuil, le gradient seuil dépendant du second gradient de température et les moyens de commande commandant la coupure d'alimentation si le premier gradient est supérieur au gradient seuil.
4. Prise électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant une ligne de commande apte à être raccordée à une ligne de commande complémentaire de ladite prise électrique complémentaire (6), les moyens de commande (12) commandant vialadite ligne de commande l'ouverture de relais (20) d'alimentation d'une borne de charge (2) raccordée à un réseau d'alimentation électrique.
5. Prise électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant un boîtier comportant les contacts de puissance (9), le second capteur de température (11) étant monté à l'extérieur du boîtier.
6. Prise électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le second capteur de température (11) comprend un capteur de température de l'habitacle.
7. Prise électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le premier capteur de température (10) comprend une pluralité de capteurs de température raccordés électriquement en série ou en parallèle.
8. Prise électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle la prise électrique correspond à un socle électrique d'une borne de charge pour véhicule automobile.
9. Prise électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la prise électrique correspond à un socle électrique (4) de charge monté sur véhicule automobile (1).
10. Prise électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle la prise électrique correspond à une prise électrique mâle ou femelle d'une rallonge électrique comprenant un boîtier de commande comportant les moyens de commande.
11. Prise électrique selon la revendication 10, dans laquelle le boîtier de commande comprend le second capteur de température.