FR3101425A1

FR3101425A1 - Procédé d’estimation de la résistance d’isolement d’un circuit haute tension d’un véhicule automobile électrique ou hybride

Info

Publication number: FR3101425A1
Application number: FR1910786A
Authority: FR
Inventors: Houssem HALALCHI; Nicolas VAFLARD; Pierre-Mikael VIOLLIN
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2021-04-02
Anticipated expiration: 2039-09-30
Also published as: US20220349928A1; JP2022549136A; KR20220066978A; FR3101425B1; CN114521238A; US11959951B2; WO2021063725A1; EP4038398A1

Abstract

Procédé de détermination d’une résistance d’isolement du réseau haute-tension d’un véhicule électrique ou hybride, où on fournit une source de tension continue commandable reliée à la caisse et à une unique première borne d’une batterie haute-tension du véhicule, une première résistance étant connectée en série avec ladite source entre l’unique première borne et la caisse et une seconde résistance étant connectée en série entre la première résistance et ladite source, on applique des valeurs successives de consigne de tension entre la caisse et l’unique première borne, on acquiert un signal de mesure de la tension aux bornes de ladite seconde résistance pour chaque valeur de consigne, on effectue un filtrage adaptatif de ce signal et une estimation, de façon récursive, d’un vecteur des coefficients de la fonction de transfert du filtre, délivrant une mise à jour des coefficients de filtrage, la résistance d’isolement étant déterminée à partir de ladite estimation. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1

Description

Procédé d’estimation de la résistance d’isolement d’un circuit haute tension d’un véhicule automobile électrique ou hybride

La présente invention concerne le domaine des véhicules électriques ou hybrides. L’invention concerne plus particulièrement un procédé de détermination de la résistance d’isolement entre un point d’un circuit haute tension d’un véhicule électrique ou hybride comprenant une batterie haute tension et la masse du véhicule.

Dans les véhicules automobiles électriques ou hybrides présentant une chaîne de traction équipée d’au moins une machine électrique, on utilise cette machine électrique pour fournir le couple moteur nécessaire à l’entraînement du véhicule. Pour ce faire, une puissance électrique est fournie à la machine électrique par une batterie haute tension. Les niveaux de tension nécessaires atteignent plusieurs centaines de Volts, typiquement de l’ordre de 400 Volts. De telles batteries comportent également une forte capacité afin de favoriser l’autonomie du véhicule en mode électrique. Plusieurs raisons techniques spécifiques à l’application automobile amènent à l’utilisation d’un isolement entre la caisse, ou masse mécanique du véhicule (formée par le châssis et la carrosserie métalliques du véhicule, et donc accessibles à l'utilisateur) et les potentiels de la batterie. Ainsi, toute partie du véhicule reliée électriquement à la batterie doit être isolée par rapport à la masse. Cet isolement est réalisé par l’utilisation de matériaux électriquement isolants. Or, l’isolement est susceptible de se détériorer avec le temps et donc mettre la masse du véhicule sous un potentiel dangereux pour les passagers du véhicule ou toute personne entrant en contact avec le véhicule.

C’est pourquoi, il est essentiel de contrôler la résistance d’isolement entre tout point du circuit haute-tension et la masse du véhicule afin de prévenir d’éventuels chocs électriques pour les passagers du véhicule, ou toute personne entrant en contact avec le véhicule. En particulier, cette surveillance peut permettre de corriger un premier défaut d’isolement avant qu’un deuxième défaut d’isolement ne survienne. Seul un double défaut peut en effet créer un court-circuit, lequel est susceptible de provoquer une panne du véhicule.

Cette résistance d’isolement peut être mesurée physiquement ou estimée.

Une mesure physique de la résistance d’isolement impose d’injecter de fortes tensions et courant au point d’isolement testé. Or, la résistance d’isolement doit pouvoir être connue à tout moment, entre n’importe quel point du circuit haute tension du véhicule et la masse du véhicule, tout en permettant au système de rester fonctionnel, autrement dit sans qu’il n’en résulte d’interruption de la traction ou de la charge.

Aussi, dans le cadre du contrôle de l’isolement du réseau haute tension des véhicules électriques et hybrides pendant leur fonctionnement, on privilégiera une obtention de la résistance d’isolement par estimation.

Cette estimation doit être suffisamment précise pour à la fois ne jamais être sur-estimée, afin de permettre une détection fiable d’éventuels défauts d’isolement, et ne pas être sous-estimée, pour éviter toute fausse détection susceptible d’entraîner une panne du véhicule.

On connaît dans l’état de la technique des dispositifs de détection de défaut d’isolement pour véhicule électrique ou hybride, basés sur des circuits de mesure résistives, dans lesquels un courant de fuite est mesuré à l’aide d’un pont diviseur de tension formé d’une pluralité de résistances connectées entre les bornes de la batterie. De tels circuits ont pour inconvénient qu’ils nécessitent d’être connectés aux deux bornes de la batterie, ce qui complique leur intégration au sein du véhicule.

Le document FR3037406 fait connaître un circuit de détection d’un défaut d’isolement électrique entre la batterie haute tension d’un véhicule électrique et la caisse du véhicule, formant une masse électrique du véhicule. Ce circuit de détection est raccordé électriquement à la caisse et à une unique première borne de la batterie, par exemple la borne négative de la batterie. Un défaut d’isolement se traduit typiquement par le fait que la résistance d’isolement qui raccorde un point de la batterie, par exemple situé entre deux accumulateurs adjacents de la batterie et la caisse, présente une valeur inférieure à un seuil de sécurité. Aussi, un courant de fuite potentiellement dangereux s’écoule au travers de cette résistance d’isolement depuis ce point de la batterie vers la caisse. Le circuit de détection selon le document précité comporte une source de tension continue commandable, reliée à la caisse d’une part et à l’unique première borne de la batterie d’autre part, permettant d’appliquer différentes valeurs de tension entre la caisse et l’unique première borne. Le circuit de détection comporte également un dispositif de mesure du courant entrant sur l’unique première borne de la batterie et sortant à travers un point de la batterie, présentant un défaut d’isolement, ce courant circulant ensuite à travers la résistance d’isolement jusqu’à la caisse. Ainsi, l’application de la tension par la source de tension commandable conduit à l’apparition d’un courant électrique qui traverse le dispositif de mesure et la résistance d’isolement. De la sorte, pour chaque valeur de tension appliquée par la source de tension commandable, on acquiert une mesure de ce courant, à partir de laquelle la valeur de la résistance d’isolement entre le point concerné de la batterie et la caisse peut être calculée.

Cependant, le calcul de la valeur de la résistance d’isolement est relativement long à mettre en œuvre selon cette méthode. En particulier, il est nécessaire de polariser un certain temps la caisse et l’unique première borne de la batterie à des potentiels différents, pour atteindre un état stationnaire dans lequel les mesures de courant de fuite peuvent être effectuées. Le temps nécessaire pour obtenir cet état stationnaire peut être pénalisant dans la mise en œuvre d’une stratégie fiable de contrôle d’isolement du réseau haute tension du véhicule.

Aussi, un but de l’invention est de pallier au moins en partie à cette limitation.

A cette fin, l’invention concerne un procédé de détermination d’une résistance d’isolement entre un point d’une batterie haute tension d’un véhicule électrique ou hybride et la caisse du véhicule, comprenant des étapes de :
fournir une source de tension continue commandable reliée à la caisse et à une unique première borne de la batterie,
fournir une première résistance connectée en série avec ladite source de tension entre l’unique première borne et la caisse, apte à limiter un courant entrant sur l’unique première borne de la batterie,
fournir une seconde résistance connectée en série entre la première résistance et ladite source de tension,
fournir un dispositif de mesure apte à mesurer la tension aux bornes de la seconde résistance,
appliquer, au moyen de ladite source de tension, des valeurs successives différentes de consigne de tension entre la caisse et l’unique première borne de la batterie,
acquérir, par ledit dispositif de mesure, un signal de mesure de tension représentatif des mesures de la tension aux bornes de ladite seconde résistance pour chaque valeur de consigne de tension appliquée successivement,
calculer une valeur de la résistance d’isolement à partir dudit signal de mesure de tension,
le procédé étant caractérisé en ce qu’il met en œuvre une étape de filtrage adaptatif du signal de mesure de tension, et en ce qu’il comprend une étape d’estimation, de façon récursive, d’un vecteur des coefficients de la fonction de transfert du filtre adaptatif, délivrant une mise à jour des coefficients de filtrage, le calcul de la valeur de la résistance d’isolement étant effectué à partir de ladite estimation.

L’application du procédé de l’invention permet d’optimiser la vitesse de convergence du processus de détermination de la résistance d’isolement, sans toutefois augmenter la complexité de calcul.

Avantageusement, la valeur de la résistance d’isolement est calculée au moyen de la formule suivante : où Ri est la valeur de la résistance d’isolement, Rd la valeur de la première résistance, Rm la valeur de la seconde résistance et l’estimation du vecteur des coefficients de la fonction de transfert du filtre adaptatif.

Avantageusement, l’estimation du vecteur des coefficients de la fonction de transfert du filtre adaptatif est réalisée en considérant la fonction de transfert de signal d’entrée et de signal de sortie définis comme suit : où et correspondent aux valeurs de tension mesurées aux bornes de ladite seconde résistance pour respectivement les valeurs de consigne de tension et successivement appliquées par ladite source de tension.

Avantageusement, le signal d’entrée de la fonction de transfert du filtre est substitué par le signal d’entrée défini comme suit : où et correspondent aux valeurs de tension totale de batterie considérées pour respectivement les valeurs de consigne de tension successivement appliquées par ladite source de tension, de façon à prendre en compte les variations de la tension totale de batterie à chaque itération d’application d’une valeur de consigne de tension.

De préférence, le procédé comprend une étape de calcul de la position de la résistance d’isolement par rapport à l’unique première borne de la batterie à partir de ladite estimation.

Avantageusement, l’estimation du vecteur des coefficients de la fonction de transfert du filtre adaptatif est réalisée en considérant la fonction de transfert de signal d’entrée et de signal de sortie définis comme suit : où et correspondent aux valeurs de tension mesurées aux bornes de ladite seconde résistance pour respectivement les valeurs de consigne de tension et successivement appliquées par ladite source de tension, et étant la tension totale de batterie.

Avantageusement, l’étape de filtrage est réalisée au moyen d’un algorithme des moindres carrés récursifs.

Avantageusement, le procédé comprend l’utilisation d’un unique paramètre de réglage du filtrage, ledit paramètre de réglage représentant le facteur d’oubli du filtre, constitué par un coefficient réel compris entre les valeurs 0 et 1.

L’invention concerne également un dispositif de détermination d’une résistance d’isolement entre un point d’une batterie haute tension (1) d’un véhicule électrique ou hybride et la caisse du véhicule, comprenant un circuit de détection d’un défaut d’isolement entre la batterie et la caisse, le circuit de détection comprenant une source de tension continue commandable, apte à appliquer une consigne de tension entre une unique première borne de la batterie et la caisse, une première résistance connectée en série avec ladite source de tension entre l’unique première borne et la caisse, apte à limiter un courant entrant sur l’unique première borne de la batterie, une seconde résistance connectée en série entre la première résistance et ladite source de tension et un dispositif de mesure apte à mesurer la tension aux bornes de la seconde résistance, le dispositif comportant une unité de commande apte à commander l’application, au moyen de ladite source de tension, de valeurs successives différentes de consigne de tension entre la caisse et l’unique première borne de la batterie, à acquérir par ledit dispositif de mesure un signal de mesure de tension représentatif des mesures de la tension aux bornes de ladite seconde résistance pour chaque valeur de consigne de tension appliquée successivement, et à calculer une valeur de la résistance d’isolement à partir dudit signal de mesure de tension, caractérisé en ce que ladite unité de commande comporte un module de filtrage adaptatif pour la mise en œuvre du traitement de filtrage adaptatif selon le procédé tel que décrit ci-dessus.

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif et faite en référence à la figure unique suivante :

représente schématiquement un circuit de détection d’un défaut d’isolement de la batterie haute tension d’un véhicule automobile électrique ou hybride ;

représente schématiquement un défaut d’isolement dans la batterie haute tension de la figure 1.

La description qui suit concerne un exemple de réalisation de l’invention dans le cadre d’une application au réseau électrique haute tension d’un véhicule automobile électrique ou hybride. En référence à la figure 1, un véhicule automobile électrique ou hybride comporte une batterie haute tension rechargeable 1 en tant que source d’énergie électrique haute tension embarquée dans le véhicule. La batterie 1 comprend deux bornes, respectivement une borne positive HV+ et une borne négative HV-. La batterie 1 est constituée d’un ensemble d’accumulateurs connectés en série entre les deux bornes de la batterie HV- et HV+. La batterie 1 est prévue pour délivrer une tension continue U_batdont la valeur reste constante au cours du temps. Dans cet exemple, la tension de batterie U_batest égale à 400V.

Aux bornes HV+ et HV- de la batterie, est connectée une charge électrique (non représentée) comprenant un onduleur et une machine électrique pour la propulsion du véhicule. L’onduleur convertit la tension de batterie U_baten une tension alternative d’alimentation de la machine électrique. Le véhicule comprend également une caisse 2, formée par le châssis et la carrosserie du véhicule, qui sont généralement réalisés en matière métallique. Cette caisse constitue la masse électrique du véhicule, vers laquelle des charges électriques peuvent s’écouler en cas de défaut d’isolement en un point de la batterie haute tension du véhicule.

Par défaut d’isolement, on entend ici la présence anormale d’un contact électrique de faible résistance électrique entre la caisse 2 du véhicule et un point de potentiel électrique de la batterie, tel que l’une des bornes HV+, HV- de la batterie. La figure 1 illustre les résistances électriques 31, 32, qui présentent une valeur notée respectivement Ri+ et Ri-, entre la caisse 2 du véhicule et chacune des bornes respectives HV+ et HV- de la batterie. La valeur d’une telle résistance est dite faible si elle est inférieure ou égale à un seuil de sécurité prédéfini, par exemple 100kΩ. Typiquement, en l’absence de défaut d’isolement, la résistance entre, d’une part, la caisse 2 et, d’autre part, les bornes HV+ et HV- et, plus généralement, tout point de potentiel de la batterie 1, est supérieure à 100 kΩ ou à 1MΩ. Alternativement, on peut modéliser cette résistance comme une résistance de valeur infinie. Du fait de cette valeur de résistance élevée, aucun courant de fuite susceptible de poser un danger ne circule entre la batterie 1 et la caisse 2.

La figure 2 illustre un unique défaut d’isolement entre un point 3 de la batterie 1 et la caisse 2. Ce défaut d’isolement se traduit ici par le fait que la résistance d'isolement 30, qui raccorde ce point 3 et la caisse 2, présente une valeur, notée R_i, inférieure au seuil de sécurité. Un courant de fuite potentiellement dangereux s’écoule alors au travers de cette résistance 30 depuis la batterie 1 vers la caisse 2. Un tel courant de fuite est indésirable et peut mettre en danger un utilisateur du véhicule qui entrerait en contact direct avec la caisse 2. Par exemple, le point 3 est situé entre deux accumulateurs adjacents de la batterie 1. La batterie 1 peut alors être assimilée à deux sources de tension continue 11 et 12, connectées en série l’une avec l’autre entre les bornes HV+ et HV-, de part et d’autre du point 3. Les sources 11, 12 délivrent respectivement entre leurs bornes des tensions (1- α)*U_batet α*U_batoù le coefficient α est un nombre réel appartenant à l’intervalle [0 ; 1]. La connaissance du coefficient α permet de connaître la position du défaut d’isolement dans la batterie 1. Ainsi, la résistance d’isolement, indiquant l’état d’isolement de la batterie, est située à une position α de la borne HV- de la batterie et à une position (1-α) de la borne HV+.

Comme représenté sur les figures 1 et 2, le véhicule comporte en outre un circuit de détection 4 d’un tel défaut d’isolement entre la batterie haute tension 1 et la caisse 2 du véhicule. Le circuit de détection 4 est raccordé électriquement entre la caisse 2 et une unique borne de la batterie 1, ici la borne HV-. Autrement dit, les bornes du circuit de détection 4 sont reliées d’une part, à la caisse 2 constituant la masse du véhicule et, d’autre part, à la borne HV- de la batterie haute tension 1 du véhicule.

Le circuit de détection 4 comporte une source de tension continue 41 commandable, apte à appliquer une consigne de tension non nulle U_dau circuit entre la borne HV- et la caisse, en fonction d’un signal de commande reçu d’une unité de commande 46, afin si nécessaire de générer une différence de potentiel aux bornes de la résistance d’isolement 30 et par suite induire la circulation d’un courant électrique i_dà travers cette résistance d’isolement. La valeur de la consigne de tension U_dest de préférence inférieure ou égale à 60V, par exemple comprise entre 0 et 24 V.

Le circuit de détection 4 comprend également une première résistance électrique 42, dite résistance de limitation 42, qui est connectée en série avec la source de tension continue 41 entre la borne HV- de la batterie et la caisse. La résistance de limitation 42 est plus précisément connectée entre la borne HV- et la source de tension continue 41. Cette résistance de limitation 42 permet d’assurer une meilleure isolation entre la batterie 1 et le reste du circuit de détection 4, de façon à éviter que la valeur du courant i_dne soit trop importante et ne pose un danger à un utilisateur. La valeur de cette résistance de limitation 42, notée R_d, est par exemple choisie la plus faible possible pour faciliter la mesure du courant i_d tout en étant suffisamment élevée pour ne pas dégrader l’isolation électrique du circuit de détection 4. On choisira de préférence une valeur R_dsupérieure, par exemple 5 fois, voire 10 fois supérieure à une valeur R_ide la résistance d’isolement anormale qui est par exemple de l’ordre de 100kΩ, pour une tension de 400V, conduisant à un courant maximal acceptable de 4mA (le courant maximal acceptable le plus élevé couramment admis pour la sécurité des personnes est de l’ordre de 10mA). Par exemple, la valeur R_dde la résistance de limitation est ainsi égale à 500KΩ.

Le circuit de détection 4 comprend encore un dispositif 43 de mesure du courant qui circule à travers la borne HV- de la batterie et la résistance d’isolement 30. Le dispositif de mesure 43 comprend une seconde résistance électrique 44, dite résistance de mesure 44, dont la valeur est notée R_m, connectée entre la source de tension continue 41 et la résistance de limitation 42, en parallèle avec un condensateur 45 de capacité Cm. Autrement dit, la source de tension continue 41, la résistance de mesure 44 et la résistance de limitation 42 sont connectées en série entre la caisse 2 et la borne HV- de la batterie. Le dispositif de mesure 44 est apte à réaliser une mesure de la tension U_maux bornes de la résistance de mesure 44 lorsqu’une consigne de tension Ud est appliquée au circuit de détection 4 par la source de tension continue 41. La valeur R_mde la résistance de mesure 44 étant connue, la mesure de la tension U_maux bornes de la résistance de mesure 44 permet d’en déduire automatiquement la valeur du courant i_dqui traverse la résistance de limitation 42 pour entrer à travers la borne HV- de la batterie et circuler ensuite à travers la résistance d’isolement 30 jusqu’à la caisse 2.

Ainsi, l’application de la consigne de tension U_dconduit à l’apparition d’un courant électrique i_dqui traverse le dispositif de mesure 43 et la résistance de limitation 42.

Ainsi, pour réaliser l’estimation de la valeur R_ide la résistance d’isolement 30, l’unité de commande 46 est apte à commander l’application successive, par la source de tension continue 41, d’une pluralité de valeurs différentes de consignes de tension U_d, puis à acquérir, pour chacune des valeurs de consigne de tension appliquées par la source de tension continue 41, la valeur du courant i_dcorrespondant, mesurée par le dispositif de mesure 43. L’unité de commande est alors apte à calculer automatiquement la valeur R_ide la résistance d’isolement 30 associée au défaut d'isolement situé au point 3 de la batterie, à partir des valeurs de courant i_dacquises et des valeurs de consignes de tension U_dappliquées.

On commande par exemple la source de tension continue 41 de façon à appliquer successivement deux valeurs différentes de consigne de tension, notées U_d1et U_d2. A chacune de ces valeurs de consigne de tension U_d1et U_d2, correspond une valeur de mesure de tension aux bornes de la résistance de mesure R_m, notée respectivement U_m1et U_m2.

Alors, la valeur R_ide la résistance d’isolement 30 et la position α de cette résistance d’isolement par rapport à la borne HV- de la batterie, sont calculées selon les équations suivantes, en considérant la tension totale de la batterie U_batconstante à chaque itération d’application d’une valeur de consigne de tension :

(1)

(2)

Si l’on souhaite tenir compte des variations de la tension U_bat, ces équations deviennent :

(3)

(4)

Avec U_bat1et U_bat2les tensions respectives de batterie considérées pour les applications successives des deux consignes de tension U_d1et U_d2.

La mesure de la tension U_maux bornes de la résistance de mesure R_m étant généralement bruitée, les équations (1) et (2) ou (3) et (4) ne sont pas directement utilisées. Conformément à l’invention, ces équations sont traitées par deux algorithmes adaptatifs respectifs opérant sur le modèle connu des moindres carrés récursifs ou « recursive least squares » (RLS) en anglais, capables de fournir une estimation stable de chacune des deux grandeurs R_iet α. Ainsi, l’unité de commande du circuit de détection est apte à fournir périodiquement au gestionnaire de batterie (« battery management System », ou « BMS » en anglais), une indication fiable de l’état d’isolement électrique du système de traction, lui permettant de prendre les dispositions nécessaires si un défaut d’isolement est constaté.

On va maintenant décrire plus en détail un exemple de réalisation de ce filtrage adaptatif par le biais d’une méthode des moindres carrés récursifs (RLS), pour l’estimation de la résistance d’isolement d’une part, et pour l’estimation de la position du défaut d’isolement dans la batterie d’autre part.

On rappelle tout d’abord les équations de mise en œuvre de l’algorithme RLS. Nous considérerons par la suite uniquement le cas discret où les signaux sont échantillonnés, l’indice k représentant l’indice de la valeur courante d'une grandeur.

D’une façon générale, cet algorithme peut être utilisé pour estimer les coefficients et de la fonction de transfert discrète H(z) de signal d’entrée u(k) et de signal de sortie y(k) :

(5)

Aussi, il s’agit de de trouver le « meilleur » filtre, c’est-à-dire celui permettant d’obtenir en sortie la réponse y(k) la plus « proche » possible d’une réponse désirée lorsque l’entrée est une certaine séquence u(k). Ce filtrage adaptatif comporte une mise à jour récursive des coefficients du filtre. Ainsi, l’algorithme part de conditions initiales prédéterminées et modifie de façon récursive les coefficients du filtre pour s’adapter au processus.

Les étapes principales de chacun des algorithmes RLS sont :

1. Une étape d’initialisation : ; est la matrice de covariance de la grandeur d’entrée de l’algorithme, égale à à à l’instant initial k=0. est le paramètre de facteur d’oubli. est le vecteur des coefficients du filtre à estimer, pris égal à 0 à l’instant initial k=0.

2. Une étape de prédiction : ; est l’erreur de prédiction qui correspond au critère à minimiser. Dans le cas présent, on cherche à minimiser la différence entre la valeur courante du signal produit en sortie de l'algorithme, et le résultat du filtrage, par la fonction de transfert aux coefficients estimés , des valeurs passées du signal. représente le vecteur transposé du vecteur défini comme suit : et

3. Une étape de calcul du gain optimal :

4. Une étape de mise à jour de l’estimation du vecteur des coefficients du filtre :

Cette adaptation des coefficients du filtre est réalisée à partir de l’erreur de prédiction, qui permet donc de calculer une mise à jour des coefficients de filtrage.

5. Une étape de mise à jour de la matrice de covariance :

En régime statique, où l’impédance recherchée est purement résistive, l’équation (5) définie ci-dessus devient :

Autrement dit, le but de l’algorithme adaptatif est de fournir une estimation du vecteur des coefficients du filtre se résumant ici au paramètre unique , correspondant au gain statique de la fonction de transfert H(z) de l’équation (5), dans deux réalisations différentes de l’algorithme adaptatif pour en déduire les valeurs R_iet α.

Une première réalisation est utilisée pour estimer la valeur R_ide la résistance d’isolement. Comme indiqué précédemment, deux cas peuvent se présenter selon que l’on tient compte ou non des variations de la tension de batterie U_bat. Ainsi, dans un premier cas où les variations de la tension de batterie U_batsont négligées, l’évaluation du gain statique de la fonction de transfert H(z) de l’équation (5) est réalisée en considérant la fonction de transfert H(z) de signal d’entrée et de signal de sortie définis comme suit :

D’où l’équation de mise à jour de l’estimation :

avec :

Après convergence de l’algorithme, on a : .

Soit, d’après l’équation (1), la résistance d’isolement estimée R_iest calculée comme suit (7):

Dans un second cas où les variations de la tension de batterie U_batsont prises en compte, l’évaluation du gain statique de la fonction de transfert H(z) de l’équation (5) est réalisée de la même manière que pour le premier cas, mais en considérant le signal d’entrée suivant pour la fonction de transfert H(z) :

Une seconde réalisation de l’algorithme adaptatif est utilisée pour estimer la valeur α correspondant à la position du défaut d’isolement par rapport à la borne HV- de la batterie. Comme pour l’estimation de la valeur de la résistance d’isolement, deux cas peuvent se présenter selon que l’on tient compte ou non des variations de la tension de batterie U_bat. Ainsi, dans un premier cas où les variations de la tension de batterie U_batsont négligées, les étapes 1. à 5. de l’algorithme adaptatif sont mises en œuvre avec un signal d’entrée et un signal de sortie de la fonction de transfert H(z) définis comme suit :

et

Après convergence de l’algorithme, l’estimation du vecteur des coefficients du filtre fournit l’estimation de la valeur α.

Pour le cas où les variations de la tension de batterie U_batsont prises en compte, les étapes 1. à 5. de l’algorithme adaptatif pour l’estimation de sont cette fois mises en œuvre avec un signal d’entrée et un signal de sortie de la fonction de transfert H(z) définis comme suit :

et

La mise en œuvre de l’algorithme adaptatif de type RLS, que ce soit pour l’estimation de la valeur de la résistance d’isolement ou pour l’estimation de la position du défaut d’isolement, présente l’avantage de n’avoir qu’un seul paramètre de réglage. Ce paramètre de réglage, représentant le facteur d’oubli λ, est défini dans les équations ci-dessus. Sa valeur, comprise entre 0 et 1, permet de donner plus ou moins d’importance aux échantillons précédents dans la matrice de covariance. Son paramétrage est donc essentiel afin d’optimiser la vitesse de convergence de l’algorithme tout en conservant une erreur minimale.

Un autre avantage de l’utilisation de l’algorithme adaptatif de type RLS pour l’estimation de la résistance d’isolement est qu’il permet d’optimiser les coûts de calculs, ne nécessitant pas d’inversion de matrices. Ainsi, il permet d’intégrer cette fonction d’estimation sans avoir besoin d’augmenter les capacités de calcul dans le BMS et donc sans impliquer de de surcoût lié à cette fonction pourtant primordiale.

Pour éviter les instabilités, la mise à jour de l’estimation de la valeur de la résistance d’isolement R_in’est activée que si les conditions suivantes sont remplies :

Cette condition permet de rendre l’algorithme robuste vis-à-vis du bruit de mesure et d’assurer une synchronisation des tensions U_det U_m ;

Cette condition permet de rendre l’algorithme robuste vis-à-vis des transitions brusques.

Cette condition permet de rendre l’algorithme robuste vis-à-vis des variations de la tension totale de batterie.

Claims

Procédé de détermination d’une résistance d’isolement (30) entre un point (3) d’une batterie haute tension (1) d’un véhicule électrique ou hybride et la caisse (2) du véhicule, comprenant des étapes de :
fournir une source de tension continue commandable (41) reliée à la caisse et à une unique première borne (HV-) de la batterie,
fournir une première résistance (42) connectée en série avec ladite source de tension entre l’unique première borne et la caisse, apte à limiter un courant entrant sur l’unique première borne de la batterie,
fournir une seconde résistance (44) connectée en série entre la première résistance et ladite source de tension,
fournir un dispositif de mesure apte à mesurer la tension aux bornes de la seconde résistance,
appliquer, au moyen de ladite source de tension, des valeurs successives différentes de consigne de tension entre la caisse et l’unique première borne de la batterie,
acquérir, par ledit dispositif de mesure, un signal de mesure de tension représentatif des mesures de la tension aux bornes de ladite seconde résistance pour chaque valeur de consigne de tension appliquée successivement,
calculer une valeur de la résistance d’isolement à partir dudit signal de mesure de tension,
le procédé étant caractérisé en ce qu’il met en œuvre une étape de filtrage adaptatif du signal de mesure de tension, et en ce qu’il comprend une étape d’estimation, de façon récursive, d’un vecteur des coefficients de la fonction de transfert du filtre adaptatif, délivrant une mise à jour des coefficients de filtrage, le calcul de la valeur de la résistance d’isolement étant effectué à partir de ladite estimation.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce la valeur de la résistance d’isolement est calculée au moyen de la formule suivante :

où R_iest la valeur de la résistance d’isolement, R_dla valeur de la première résistance, R_mla valeur de la seconde résistance et l’estimation du vecteur des coefficients de la fonction de transfert du filtre adaptatif.
Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’estimation du vecteur des coefficients de la fonction de transfert du filtre adaptatif est réalisée en considérant la fonction de transfert de signal d’entrée et de signal de sortie définis comme suit :

où et correspondent aux valeurs de tension mesurées aux bornes de ladite seconde résistance pour respectivement les valeurs de consigne de tension et successivement appliquées par ladite source de tension.
Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le signal d’entrée de la fonction de transfert du filtre est substitué par le signal d’entrée défini comme suit :

où et correspondent aux valeurs de tension totale de batterie considérées pour respectivement les valeurs de consigne de tension successivement appliquées par ladite source de tension, de façon à prendre en compte les variations de la tension totale de batterie à chaque itération d’application d’une valeur de consigne de tension.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de calcul de la position de la résistance d’isolement par rapport à l’unique première borne de la batterie à partir de ladite estimation.
Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l’estimation du vecteur des coefficients de la fonction de transfert du filtre adaptatif est réalisée en considérant la fonction de transfert de signal d’entrée et de signal de sortie définis comme suit :

où et correspondent aux valeurs de tension mesurées aux bornes de ladite seconde résistance pour respectivement les valeurs de consigne de tension et successivement appliquées par ladite source de tension, et étant la tension totale de batterie.
Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le signal d’entrée de la fonction de transfert du filtre est substitué par le signal d’entrée défini comme suit :

où et correspondent aux valeurs de tension totale de batterie considérées pour respectivement les valeurs de consigne de tension successivement appliquées par ladite source de tension, de façon à prendre en compte les variations de la tension totale de batterie à chaque itération d’application d’une valeur de consigne de tension.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape de filtrage est réalisée au moyen d’un algorithme des moindres carrés récursifs.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend l’utilisation d’un unique paramètre de réglage du filtrage, ledit paramètre de réglage représentant le facteur d’oubli du filtre, constitué par un coefficient réel compris entre les valeurs 0 et 1.
Dispositif de détermination d’une résistance d’isolement (30) entre un point (3) d’une batterie haute tension (1) d’un véhicule électrique ou hybride et la caisse (2) du véhicule, comprenant un circuit de détection (4) d’un défaut d’isolement entre la batterie et la caisse, le circuit de détection comprenant une source de tension continue (41) commandable, apte à appliquer une consigne de tension (U_d) entre une unique première borne de la batterie (HV-) et la caisse, une première résistance (42) connectée en série avec ladite source de tension entre l’unique première borne et la caisse, apte à limiter un courant entrant sur l’unique première borne de la batterie, une seconde résistance (44) connectée en série entre la première résistance et ladite source de tension et un dispositif de mesure apte à mesurer la tension (U_m) aux bornes de la seconde résistance, le dispositif comportant une unité de commande (46) apte à commander l’application, au moyen de ladite source de tension, de valeurs successives différentes de consigne de tension entre la caisse et l’unique première borne de la batterie, à acquérir par ledit dispositif de mesure un signal de mesure de tension représentatif des mesures de la tension aux bornes de ladite seconde résistance pour chaque valeur de consigne de tension appliquée successivement, et à calculer une valeur de la résistance d’isolement à partir dudit signal de mesure de tension, caractérisé en ce que ladite unité de commande comporte un module de filtrage adaptatif pour la mise en œuvre du traitement de filtrage adaptatif selon le procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.