Brevet FR3028033A1 — publié le 20160506

Procédé de détection d'un niveau insuffisant de liquide dans une enceinte chauffante d'un réchauffeur électrique La présente invention concerne de manière générale un réchauffeur électrique, et plus particulièrement un procédé de détection d'un niveau insuffisant de liquide dans une enceinte chauffante d'un tel réchauffeur électrique. Elle a également pour objet un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé. L'invention concerne notamment le domaine des véhicules électriques ou hybrides où les réchauffeurs électriques sont conçus pour fonctionner avec deux tensions d'alimentation de valeurs distinctes, typiquement une tension basse de l'ordre de 12 Volts et une tension haute de l'ordre de 400 Volts. La haute tension sert à mettre en fonctionnement le réchauffeur, alors que la basse tension sert à piloter ce fonctionnement (marche, arrêt, puissance, etc.). En général, le réseau de basse tension du véhicule est constitué par la batterie de basse tension à la valeur nominative de 12 V. Ce circuit de basse tension est relié à la carrosserie du véhicule par une des bornes de la batterie de basse tension. Le réseau de haute tension du véhicule est constitué par la batterie de haute tension (- 400 V), appelée batterie de traction. Le circuit de haute tension est maintenu inaccessible aux passagers du véhicule. Les réchauffeurs pour véhicules électriques ou hybrides sont utilisés pour chauffer l'habitacle du véhicule en réchauffant de l'air ou un liquide. Les réchauffeurs comportent un ou plusieurs éléments résistifs chauffants et sont alimentés par un courant de puissance venant de la batterie de haute tension du véhicule (- 400 V), appelée batterie de traction. L'élément résistif chauffant peut, par exemple, être piloté par un circuit de commande incluant au moins un organe de commutation pouvant par exemple être un transistor de puissance placé en série avec l'élément chauffant sur l'alimentation en courant de puissance. Le transistor possède une grille pouvant être pilotée par un dispositif de commande de grille dont l'énergie provient du circuit de basse tension du véhicule. Dans l'état de l'art actuel, les réchauffeurs d'eau sont majoritairement équipés d'éléments CTP (à coefficient de température positif), dont la résistance augmente avec la température, et qui ont la particularité de plafonner à une température relativement basse, typiquement inférieure à 200°C, dès lors que les conditions d'échange avec l'extérieur (circulation d'un liquide au contact) disparaissent. Ce type de produit présente l'avantage d'être sécurisant puisque de très hautes températures susceptibles d'enflammer l'environnement proche ne peuvent être atteintes même dans le cas accidentel d'un manque ou d'une 10 absence de liquide, par exemple lors d'une fuite. Néanmoins, il présente l'inconvénient associé d'être moins simple à piloter en puissance, étant donné que le circuit d'eau influence la résistance de l'élément CTP et donc sa puissance dissipée. La limitation de la puissance à relativement haute température de liquide est également néfaste en termes de 15 performance pure, car un temps plus long est nécessaire pour amener le fluide d'une température très froide à une température de 70°C par exemple. Il est ainsi intéressant d'utiliser par exemple des résistances dites fixes, c'est-à-dire dont la résistance ne varie pas avec la température, et qui ont pour avantage de pouvoir fournir une puissance importante à haute 20 température. L'inconvénient lié à ces résistances fixes est qu'en cas d'absence de liquide en contact thermique avec la résistance, la température de celle-ci va rapidement monter avec pour risque une inflammation de l'environnement proche. 25 Il est ainsi nécessaire de pouvoir détecter de manière simple un niveau insuffisant de liquide. L'invention vise à atteindre cet objectif. L'invention a ainsi pour objet un procédé de détection d'un niveau insuffisant de liquide dans une enceinte chauffante d'un réchauffeur électrique 30 de véhicule électrique ou hybride. Le procédé selon l'invention comprend une étape de mesure de la vitesse de montée en température de l'enceinte chauffante, un niveau insuffisant de liquide étant détecté si la vitesse de montée en température de l'enceinte chauffante dépasse une valeur seuil prédéterminée. Ainsi, en comparant la vitesse de montée en température de l'enceinte chauffante à une valeur seuil prédéterminée représentative d'un fonctionnement normal en présence de liquide, on peut estimer si du liquide est en contact thermique ou non avec l'enceinte du réchauffeur, et donc s'il y a ou non un niveau suffisant de liquide dans l'enceinte. On peut en particulier détecter une absence de liquide dans l'enceinte chauffante. La mesure de la vitesse de montée en température du liquide peut être 10 réalisée à l'aide d'un capteur de température. La valeur seuil prédéterminée est comprise entre 3 et 8°C/s. Le procédé peut comprendre, en cas de détection d'un niveau insuffisant de liquide dans l'enceinte chauffante, une étape de coupure de l'alimentation électrique de l'enceinte chauffante. 15 L'invention a également pour objet un dispositif comprenant un réchauffeur électrique de véhicule électrique ou hybride, le réchauffeur électrique étant muni d'une enceinte chauffante. Le dispositif selon l'invention comprend des moyens aptes à mesurer la vitesse de montée en température de l'enceinte chauffante, et des moyens 20 aptes à détecter un niveau insuffisant de liquide si la vitesse de montée en température de l'enceinte chauffante dépasse une valeur seuil prédéterminée. L'enceinte chauffante peut comprendre une résistance électrique dont la résistance ne varie pas avec la température. La résistance électrique peut comprendre des pistes d'un élément 25 métallique sérigraphiées sur la surface extérieure de l'enceinte chauffante. Le réchauffeur électrique peut comprendre au moins un module chauffant muni d'une enceinte chauffante et d'un noyau central ménageant entre eux un espace de passage pour le liquide. Chaque enceinte chauffante est typiquement un tube. 30 Chaque enceinte chauffante peut être en aluminium ou en acier inoxydable. Le réchauffeur électrique peut comprendre deux enceintes parallèles. Le liquide peut être de l'eau comprenant du glycol. D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente un schéma simplifié et partiel d'un dispositif de commande d'un réchauffeur électrique, - la figure 2 est une vue de détail en coupe du réchauffeur électrique, - la figure 3 est un diagramme utile à la compréhension du procédé selon l'invention, et - la figure 4 illustre sous forme de schémas-blocs les différentes étapes du procédé. De façon schématique et partielle, un circuit 1 de commande d'un réchauffeur électrique 2 d'un véhicule électrique ou hybride, comprend un microcontrôleur 3, un transistor 4 de type IGBT (de l'anglais Insulated Gate Bipolar Transistor) et des éléments résistifs chauffants 5 aptes à réchauffer un fluide liquide. Le réchauffeur électrique 2 est conçu pour fonctionner avec deux tensions d'alimentation de valeurs distinctes, typiquement une tension basse de l'ordre de 12 Volts et une tension haute de l'ordre de 400 Volts. La haute tension sert à mettre en fonctionnement le réchauffeur 2, alors que la basse tension sert à piloter le fonctionnement dudit réchauffeur 2, ledit fonctionnement se caractérisant par une marche, un arrêt, une puissance délivrée, etc. La valeur 6a de la haute tension désirée au niveau du réchauffeur 2 25 ainsi que la température 6b du fluide constituent les deux données d'entrée principales du microcontrôleur 3 pour piloter la phase d'ouverture et de fermeture du transistor 4. La figure 2 illustre en détail le réchauffeur électrique 2, qui peut être un dispositif de chauffage électrique de liquide pour un véhicule automobile 30 électrique ou hybride. Un tel dispositif de conditionnement thermique peut être utilisé pour des fonctions de chauffage ou de climatisation d'un habitacle de véhicule. En se référant à la figure 2, un réchauffeur électrique 2 peut comprendre un premier module thermique 3a, un deuxième module thermique 3b, une entrée de fluide 7, et une sortie de fluide 9, lesdits deux modules 3a, 3b étant insérés entre ladite entrée 7 et ladite sortie 9. Les modules thermiques 3a, 3b sont identiques et sont disposés côte à côte, de façon sensiblement parallèle. La disposition côte à côte permet de réduire l'encombrement du dispositif de chauffage dans le sens longitudinal. Cet agencement présente une faible inertie de conditionnement thermique et une faible perte de charge. Toutefois, de manière alternative, une disposition comprenant des modules de chauffe ayant une disposition autre peut être envisagée. La circulation du fluide dans les deux modules thermiques 3a, 3b s'effectue de façon parallèle et selon une direction commune, comme l'indiquent les flèches apparaissant dans le dispositif. Cet agencement est intéressant car les deux modules thermiques 3a et 3b sont indépendants en termes de circulation de fluide, et, en cas par exemple de défaillance de l'un des modules thermiques 3a ou 3b, les performances de l'autre module thermique 3a, 3b ne sont pas affectées. De manière alternative, le réchauffeur électrique 2 peut comprendre un ou plusieurs modules thermiques. Chaque module thermique 3a, 3b comprend un noyau 11a, 11b et une enceinte 13a, 13b chauffante entourant ledit noyau 11a, 11b. Chaque noyau 11a, 11b et chaque enceinte 13a, 13b sont de forme cylindrique. Chaque noyau 11a, 11b est placé en position centrale à l'intérieur de l'enceinte 13a, 13b, de manière à définir avec ladite enceinte 13a, 13b un espace annulaire 15a, 15b permettant au fluide de circuler dans chaque module 3a, 3b. Les noyaux 11a, 11b et les enceintes 13a, 13b s'étendent selon un axe longitudinal A, et l'épaisseur de l'espace annulaire 15a, 15b dans chaque module 3a, 3b est constante le long de cet axe d'extension A. Selon un mode de réalisation particulier, le module thermique ne 30 comprend pas de noyau. Les noyaux sont réalisés en matière plastique, préférentiellement en polysulfure de phénylène (PPS). Les enceintes 13a, 13b sont des tubes sérigraphiés en inox ou en aluminium, aptes à chauffer le fluide traversant chaque module 3a, 3b via l'espace annulaire 15a, 15b. Le fluide est constitué d'eau à base de glycol, et présente donc une certaine viscosité. Les noyaux 11a ou 11b présentent respectivement deux extrémités longitudinalement opposées : une première extrémité agencée du côté de 5 l'entrée 7 de fluide et une deuxième extrémité opposée agencée du côté de la sortie 9 de fluide. L'admission du fluide dans le dispositif 1 s'effectue par l'entrée de fluide 7, et son évacuation s'effectue par la sortie 9. L'entrée de fluide 7 comprend un boîtier 35 d'entrée de fluide, qui est fixé à un bloc unitaire 27 recevant les deux noyaux 11a et 11b et les deux 10 enceintes 13a, 13b. Un ou plusieurs moyens d'étanchéité 36 peuvent être disposés entre le boîtier 35 d'entrée de fluide et ledit bloc 27. Chaque noyau 11a et 11b possède une embase, et est fixé au boîtier d'entrée de fluide 35 au niveau de ladite embase. Un ou plusieurs moyens d'étanchéité 37 sont intercalés entre les embases des noyaux 11a, 11b et le 15 boîtier d'entrée de fluide 35. Une tubulure d'entrée 38 de fluide est implantée dans le boîtier d'entrée 35 de fluide. La tubulure d'entrée 38 est unique pour alimenter en fluide les deux modules thermiques 3a, 3b. La tubulure d'entrée 38 est agencée en saillie par rapport au boîtier d'entrée de fluide 35. La tubulure d'entrée 38 s'étend radialement par rapport à l'axe longitudinal A 20 des modules thermiques 3a, 3b. Le boîtier d'entrée de fluide 35 présente un canal d'entrée de fluide 39 en communication fluidique avec la tubulure d'entrée 38 et avec les espaces annulaires 15a et 15b des deux modules thermiques 3a et 3b. Ceci permet la circulation du fluide depuis la tubulure d'entrée 38 vers lesdits espaces 25 annulaires 15a et 15b. Le dispositif de conditionnement thermique 1 comprend en outre un couvercle fixé au boîtier d'entrée de fluide 35. Une tubulure de sortie 43, qui est en communication fluidique avec les espaces annulaires 15a et 15b des modules thermiques 3a, 3b, matérialise la sortie 9 du fluide au niveau du dispositif 1, et permet l'évacuation dudit fluide. 30 Cette tubulure de sortie 43 est agencée de façon sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal A des modules thermiques 3a, 3b. Les tubulures d'entrée 38 et de sortie 43 sont agencées sur deux côtés opposés du dispositif 1. Ainsi, le fluide pénétrant par la tubulure d'entrée 38, circule d'abord dans le canal d'entrée 39 du boîtier d'entrée 35, puis dans les espaces annulaires 15a, 15b des deux modules thermiques 3a et 3b où il est chauffé par les enceintes 13a, 13b, avant d'être évacué par la tubulure de sortie 43. Les enceintes 13a, 13b sont avantageusement munies, par exemple par brasure (par refusion ou autre moyen), de petits composants électroniques, comme par exemple un capteur de température à effet CTN ou CTP (coefficient de température ou coefficient de température négatif). Ce capteur de température pourra dans sa fonction principale évaluer 10 la température du fluide arrosant les enceintes 13a,13b. Un seuil critique peut être implémenté légèrement en-deçà de la température maximale à laquelle on veut bien autoriser le liquide de monter. L'invention consiste, dans une fonction secondaire du capteur, à mesurer la vitesse de montée en température de l'enceinte chauffante, puis, 15 en fonction de la vitesse mesurée, à évaluer une absence de liquide ou un débit de liquide beaucoup trop faible, c'est-à-dire une incapacité du liquide à capter les calories de l'enceinte chauffante. Il s'agit d'analyser la montée en température détectée par le capteur. Celui-ci formant dans le domaine thermique un filtre passe-bas avec 20 un temps de réponse de l'ordre de quelques secondes, il est important de détecter ce problème de niveau insuffisant de liquide avant que le capteur lui-même n'ait atteint le seuil critique évoqué dans la fonction principale. En effet, en absence de liquide, la dynamique de montée en température de l'enceinte peut être très rapide, beaucoup plus rapide que 25 quand un fluide extrait les calories de l'élément chauffant. Le temps de retard du filtre passe-bas que constitue le capteur sur l'enceinte ferait que la détection, et en conséquence la coupure de la puissance par l'électronique, interviendrait à une température réelle de l'enceinte beaucoup plus haute. 30 Cette haute température pourra être néfaste pour les éléments au contact de l'enceinte : joints d'étanchéité, composant capteur de température, vernis isolant entre la résistance sérigraphiée (galvaniquement liée au réseau haute tension) et l'enceinte (galvaniquement liée au réseau basse tension) voire même le carter plastique supportant les enceintes. La figure 3 illustre l'évolution de la température de l'enceinte (appelée tube sur la figure 3) ainsi que la température du capteur de température, qui est par exemple un capteur de température à effet CTN, en fonction du temps, lors de l'application d'une puissance constante en cas de niveau insuffisant de liquide. On constate une montée rapide en température du tube, linéaire pendant les premiers instants. Le capteur de température suit cette montée en température avec un temps de retard, le temps que la chaleur de l'enceinte se propage aux terminaisons soudées du capteur puis jusqu'au coeur de tout l'élément capteur. Un calculateur analyse alors la vitesse de montée en température du 15 capteur afin de détecter un gradient anormal. Pour se faire, selon l'invention tel que décrit sur la Figure 4, le procédé de détection d'un niveau insuffisant de liquide dans une enceinte chauffante (13a,13b) d'un réchauffeur électrique (2) de véhicule électrique ou hybride comprend une étape El de mesure de la vitesse V de montée en température 20 de l'enceinte chauffante. Puis selon une étape E2, la vitesse V est comparée à une valeur seuil Vseuil prédéterminée. Ce seuil peut par exemple être compris dans un intervalle de 3 à 8°C/s. Toutefois, selon un mode de réalisation préféré, la valeur seuil est fixée à environ 5°C/s. 25 En conditions normales de débit de liquide, une si rapide montée en température n'est pas possible du fait de l'extraction continue des calories par le liquide en circulation. L'étape E2 est suivie d'une étape E3 de comparaison de la vitesse V de montée en température de l'enceinte chauffante avec la valeur seuil Vseuil. Si 30 la vitesse V est supérieure à la valeur seuil Vseuil, alors un niveau insuffisant de liquide est détecté. Selon une étape E4, si un niveau insuffisant de liquide est détecté lors de l'étape E3, alors le procédé comprend une étape de coupure de l'alimentation électrique de l'enceinte chauffante (13a,13b). Le dispositif selon l'invention comprend ainsi des moyens (par exemple le capteur de température) aptes à mesurer la vitesse de montée en température de l'enceinte chauffante, et des moyens (par exemple le microcontrôleur 3) aptes à détecter un niveau insuffisant de liquide si la vitesse de montée en température de l'enceinte chauffante dépasse une valeur seuil prédéterminée.10 REVENDICATIONS1. Procédé de détection d'un niveau insuffisant de liquide dans une enceinte chauffante (13a,13b) d'un réchauffeur électrique (2) de véhicule électrique ou hybride, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend une étape de mesure de la vitesse de montée en température de l'enceinte chauffante (13a,13b), un niveau insuffisant de liquide étant détecté si la vitesse (V) de montée en température de l'enceinte chauffante (13a,13b) dépasse une valeur seuil (Vseuil) prédéterminée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mesure de la vitesse (V) de montée en température du liquide est réalisée à l'aide d'un capteur de température. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur seuil prédéterminée (Vseuil) est comprise entre 3 et 8°C/s. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend, en cas de détection d'un niveau insuffisant de liquide dans l'enceinte chauffante (13a,13b), une étape de coupure de l'alimentation électrique de l'enceinte chauffante (13a,13b). 5. Dispositif (1) comprenant un réchauffeur électrique (2) de véhicule électrique ou hybride, le réchauffeur électrique (2) étant muni d'une enceinte chauffante (13a,13b), le dispositif (1) étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens aptes à mesurer la vitesse (V) de montée en température de l'enceinte chauffante (13a,13b), et des moyens (3) aptes à détecter un niveau insuffisant de liquide si la vitesse (V) de montée en température de l'enceinte chauffante (13a,13b) dépasse une valeur seuil (Vseuil) prédéterminée. 6. Dispositif (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'enceinte chauffante (13a,13b) comprend une résistance électrique dont la résistance ne varie pas avec la température. 7. Dispositif (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que la résistance électrique comprend des pistes d'un élément métallique sérigraphiées sur la surface extérieure de l'enceinte chauffante (13a,13b). 8. Dispositif (1) selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le réchauffeur électrique (2) comprend au moins un module chauffant (3a,3b) muni d'une enceinte chauffante (13a,13b) et d'un noyau central (11a,11b) ménageant entre eux un espace de passage (15a,15b) pour le liquide. 9. Dispositif (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque enceinte chauffante (13a,13b) est un tube. 10.Dispositif (1) selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que chaque enceinte chauffante (13a,13b) est en aluminium ou en acier inoxydable.