Brevet FR3134186A1 — publié le 20231006

La présente invention vise un convertisseur de puissance, notamment configuré pour être embarqué dans un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant au moins un bras traversé par un courant de sortie du convertisseur de puissance, un système d’interrupteur arrangé en série avec ledit au moins un bras de sorte le système d’interrupteur est traversé par le courant de sortie, un dispositif de mesure de tension adapté pour mesurer une chute de tension (Vss) aux bornes du système d’interrupteur, un dispositif de mesure de température adapté pour mesurer une température représentative (T) correspondant à la température de jonction (Tss) du système d’interrupteur ou à la température d’un élément en contact thermique avec le système d’interrupteur, et un module de calcul configuré pour estimer l’intensité du courant de sortie (Iout) en fonction de la température représentative (T) et de la chute de tension (Vss) aux bornes du système d’interrupteur. Figure de l’abrégé : Figure 1 Procédé d’estimation d’un courant électrique de sortie d’un convertisseur de puissance La présente invention se rapporte au domaine des équipements électriques, notamment pour véhicule automobile électrique ou hybride. En particulier, la présente invention concerne un convertisseur de puissance présentant un dispositif de mesure d’un courant électrique, et un procédé de mesure d’un courant électrique associé. ETAT DE LA TECHNIQUE Comme cela est connu, un véhicule automobile électrique ou hybride comprend un système de motorisation électrique, permettant la propulsion du véhicule, alimenté par une batterie d’alimentation haute tension via un réseau électrique embarqué haute tension. De plus, un véhicule automobile électrique ou hybride comprend également une pluralité d’équipements électriques auxiliaires, tel que des ordinateurs embarqués ou des moteurs de pare-brise, alimentés par une batterie d’alimentation basse tension via un réseau électrique embarqué basse tension. La batterie alimentation délivre typiquement une tension entre 100 V et 900 V, de manière préférée entre 100 V et 500 V, tandis que la batterie d’alimentation basse tension délivre typiquement une tension de l’ordre de 12 V, 24 V ou 48 V. Plus précisément, la batterie d’alimentation haute tension assure une fonction d’alimentation de la batterie d’alimentation basse tension, notamment par l’intermédiaire d’un convertisseur de puissance continu-continu (DCDC). Or, l’abaissement de la tension par le convertisseur de puissance continu-continu implique la gestion d’un courant élevé. En conséquence, le convertisseur de puissance continu-continu comprend, en général, un interrupteur de sûreté positionné en sortie du convertisseur, afin de protéger le convertisseur d’un éventuel court-circuit, et un dispositif de mesure du courant électrique de sortie à des fins de diagnostic et de contrôle du convertisseur. Dans ce contexte, une solution conventionnelle pour la mesure du courant de sortie du convertisseur de puissance consiste en l’utilisation d’un shunt de mesure, prévu en sortie du convertisseur de puissance. Le shunt de mesure est une résistance calibrée. En mesurant la tension aux bornes de la résistance et en appliquant la loi d’Ohm, on est capable de déduire le courant électrique traversant la résistance. Cette solution permet une mesure précise du courant de sortie, mais engendre cependant des pertes de puissance impactant le rendement du convertisseur et influe sur la compacité du convertisseur. Alternativement, il est connu de réaliser la mesure de courant par une mesure de champ magnétique, généralement avec un capteur à effet Hall. Le capteur est, de préférence, disposé au plus proche du conducteur électrique traversé par le courant de sortie de manière à obtenir la précision de mesure recherchée. Cette solution permet avantageusement de ne pas affecter le rendement du convertisseur. Cependant, l’intégration mécanique du capteur au convertisseur peut se révéler complexe et peut même nécessiter la mise en place d’un concentrateur de champ magnétique, notamment en forme de C ou de U, avec un entrefer, affectant l’encombrement du convertisseur. Or, aujourd’hui, en particulier dans le domaine de l’automobile, les contraintes liées à l’encombrement et au rendement pour les convertisseurs de puissance sont fortes. Ainsi, il existe un besoin pour un convertisseur de puissance présentant un moyen de mesure de courant électrique et un procédé associé permettant de réduire l’encombrement tout en limitant l’impact du dispositif de mesure de courant sur le rendement du convertisseur de puissance. PRESENTATION DE L’INVENTION Plus précisément, selon un aspect de l’invention, l’invention a pour objet un convertisseur de puissance, notamment configuré pour être embarqué dans un véhicule automobile électrique ou hybride. Le convertisseur de puissance selon l’invention comprend au moins un bras traversé par un courant de sortie du convertisseur de puissance et configuré pour être connecté à une charge, et un système d’interrupteur arrangé en série avec ledit au moins un bras de sorte que le système d’interrupteur est traversé par le courant de sortie. De plus, le convertisseur de puissance selon l’invention comprend un dispositif de mesure de tension adapté pour mesurer une chute de tension Vss aux bornes du système d’interrupteur, un dispositif de mesure de température adapté pour mesurer une température représentative T correspondant à la température de jonction Tss du système d’interrupteur ou à la température d’un élément en contact thermique avec le système d’interrupteur, et un module de calcul configuré pour estimer l’intensité du courant de sortie Iout en fonction de la température représentative T et de la chute de tension Vss aux bornes du système d’interrupteur. La présente invention offre donc l’avantage considérable de permettre la mesure de l’intensité du courant de sortie du convertisseur de puissance sans nécessiter l’ajout d’un shunt de mesure, ou d’un capteur à effet Hall, mais en utilisant un système d’interrupteur, en particulier le ou les interrupteurs de sûreté et les dispositifs de mesure de température qui sont déjà présents dans la majorité des convertisseurs de puissance. En conséquence, en comparaison de l’utilisation du shunt de mesure, la présente invention n’induit pas de pertes de puissance supplémentaires, et donc n’impacte pas ou de manière limitée le rendement du convertisseur de puissance. De plus, en comparaison de la solution utilisant un capteur à effet Hall, la mise en œuvre de l’invention ne nécessite pas d’intégration mécatronique, améliorant la compacité du convertisseur de puissance. Ainsi, la solution proposée dans l’invention est peu coûteuse et aisée à mettre en œuvre d’un point de vue de la fabrication industrielle. Avantageusement, le système d’interrupteur comprend au moins un interrupteur de sûreté, par exemple un ou deux interrupteurs de sûreté en série. L’invention permet par conséquent d’utiliser l’interrupteur de sûreté ou les interrupteurs de sûreté, afin de mesurer l’intensité du courant de sortie, l’interrupteur de sûreté étant un dispositif d’usage très répandu en sortie de convertisseurs de puissance. Avantageusement, le dispositif de mesure de température est configuré pour mesurer la température d’un fluide de refroidissement Tfluid adapté pour refroidir le système d’interrupteur. Avantageusement, ledit au moins un bras consiste en trois bras. Avantageusement, le système d’interrupteur consiste en un MOSFET. Avantageusement, le convertisseur de puissance selon l’invention est un convertisseur de puissance continu-continu. Selon un autre aspect de l’invention, l’invention concerne un procédé d’estimation d’un courant de sortie du convertisseur de puissance tel que décrit précédemment. Alors, le procédé selon cet aspect de l’invention, mis en œuvre par le module de calcul, comprend : - l’acquisition de la chute de tension Vss et de la température représentative T ; - lors d’une première mesure, l’initialisation de la température de jonction Tss du système d’interrupteur en fonction de la température représentative T ; - la détermination de la résistance Rss du système d’interrupteur, la résistance Rss étant estimée en fonction de la température de jonction Tss du système d’interrupteur ; - la détermination de l’intensité du courant de sortie Iout à partir de la chute de tension Vss et de la résistance Rss du système d’interrupteur. Le procédé selon l’invention présente l’avantage de mettre en œuvre des opérations de calcul simples, qui par conséquent sont économes en ressources de calcul. Avantageusement, la détermination de la résistance Rss du système d’interrupteur est réalisée selon l’équation [Math 1] , où C est une constante de température du système d’interrupteur et Rss_ref est une valeur de référence de la résistance du système d’interrupteur correspondant à une température de référence. La température représentative T peut en particulier correspondre à la température d’un élément en contact thermique avec le système d’interrupteur. Alors, le procédé selon l’invention comprend avantageusement, après l’étape d’acquisition de la chute de tension Vss et de la température représentative T, l’exécution successive des étapes suivantes par le module de calcul pour un nombre d’itérations N : - lors d’une première exécution suite à l’étape d’acquisition, l’initialisation de la température de jonction Tss du système d’interrupteur à une valeur Tss 0 égale à la température représentative T, ou lors d’une itération i, l’initialisation de la température de jonction Tss à une valeur Tss i déterminée à l’issue de l’itération précédente ; - la détermination de la résistance Rss i du système d’interrupteur estimée en fonction de la température de jonction Tss i du système d’interrupteur selon l’équation suivante : [Math 2] ; - la détermination de l’intensité du courant de sortie Iout i selon l’équation suivante : [Math 3] ; - la détermination de la puissance dissipée Pss i par le système d’interrupteur en fonction de l’intensité du courant de sortie Iout i et de la résistance Rss i du système d’interrupteur selon l’équation suivante : [Math 4] ; - la mise à jour de la température de jonction Tss i selon l’équation suivante [Math 5] , où Rth est une résistance thermique donnée entre la jonction du système d’interrupteur et l’élément en contact thermique avec le système d’interrupteur présentant la température représentative T. Cette mise-à-jour itérative de la température de jonction Tss estimée permet avantageusement de converger vers la valeur réelle de l’intensité du courant de sortie du convertisseur de puissance. PRESENTATION DES FIGURES L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquels des références identiques sont données à des objets semblables et sur lesquels : : la est une représentation schématique d’un procédé, selon un aspect de l’invention, d’estimation d’un courant électrique de sortie d’un convertisseur de puissance ; : la est une représentation schématique d’un exemple de convertisseur de puissance selon un autre aspect de l’invention ; : la est une représentation schématique d’un autre exemple de convertisseur de puissance selon un aspect de l’invention ; : la est une représentation schématique d’un autre exemple de convertisseur de puissance selon un aspect de l’invention. Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour permettre de mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant. Convertisseur de puissance (1), notamment configuré pour être embarqué dans un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant : au moins un bras (11) traversé par un courant de sortie du convertisseur de puissance (1) et configuré pour être connecté à une charge ; un système d’interrupteur (Qss) arrangé en série avec ledit au moins un bras (11) de sorte que le système d’interrupteur (Qss) est traversé par le courant de sortie ; un dispositif de mesure de tension adapté pour mesurer une chute de tension Vss aux bornes du système d’interrupteur (Qss) ; un dispositif de mesure de température (12) adapté pour mesurer une température représentative T correspondant à la température de jonction Tss du système d’interrupteur (Qss) ou à la température d’un élément en contact thermique avec le système d’interrupteur (Qss) ; un module de calcul (13) configuré pour estimer l’intensité du courant de sortie Iout en fonction de la température représentative T et de la chute de tension Vss aux bornes du système d’interrupteur (Qss). Convertisseur de puissance (1), selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d’interrupteur (Qss) comprend au moins un interrupteur de sûreté. Convertisseur de puissance (1), selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de mesure de température (12) est configuré pour mesurer la température d’un fluide de refroidissement Tfluid adapté pour refroidir le système d’interrupteur (Qss). Convertisseur de puissance (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un bras (11) consiste en trois bras. Convertisseur de puissance (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système d’interrupteur (Qss) consiste en un MOSFET. Convertisseur de puissance (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, étant un convertisseur de puissance continu-continu. Procédé d’estimation d’un courant de sortie d’un convertisseur de puissance (1) comprenant un système d’interrupteur (Qss) traversé par le courant de sortie, un dispositif de mesure de tension adapté pour mesurer une chute de tension Vss aux bornes du système d’interrupteur (Qss), un dispositif de mesure de température (12) adapté pour mesurer une température représentative correspondant à la température de jonction Tss du système d’interrupteur (Qss) ou à la température d’un élément en contact thermique avec le système d’interrupteur (Qss), un module de calcul (13), au moins un bras (11) traversé par le courant de sortie du convertisseur de puissance (1) et configuré pour être connecté à une charge, le procédé, mis en œuvre par le module de calcul (13), comprenant : l’acquisition (E1) de la chute de tension Vss et de la température représentative T ; lors d’une première mesure, l’initialisation (E2) de la température de jonction Tss du système d’interrupteur (Qss) en fonction de la température représentative T ; la détermination (E3) de la résistance Rss du système d’interrupteur (Qss), la résistance Rss étant estimée en fonction de la température de jonction Tss du système d’interrupteur (Qss) ; la détermination (E4) de l’intensité du courant de sortie Iout à partir de la chute de tension Vss et de la résistance Rss du système d’interrupteur (Qss). Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la détermination de la résistance Rss du système d’interrupteur est réalisée selon l’équation [Math 1] , où C est une constante de température du système d’interrupteur (Qss) et Rss_ref est une valeur de référence de la résistance du système d’interrupteur (Qss) correspondant à une température de référence. Procédé selon les revendications 7 ou 8, la température représentative T correspondant à la température d’un élément en contact thermique avec le système d’interrupteur (Qss), caractérisé en ce qu’il comprend, après l’étape d’acquisition (E1) de la chute de tension Vss et de la température représentative T, l’exécution successive des étapes suivantes par le module de calcul (13) pour un nombre d’itérations N : lors d’une première exécution suite à l’étape d’acquisition (E1), l’initialisation (E2) de la température de jonction Tss du système d’interrupteur (Qss) à une valeur Tss 0 égale à la température représentative T, ou lors d’une itération i, l’initialisation (E2) de la température de jonction Tss à une valeur Tss i déterminée à l’issue de l’itération précédente ; la détermination (E3) de la résistance Rss i du système d’interrupteur (Qss) estimée en fonction de la température de jonction Tss i du système d’interrupteur (Qss) selon l’équation [Math 2] ; la détermination (E4) de l’intensité du courant de sortie Iout i selon l’équation [Math 3] ; la détermination (E5) de la puissance dissipée Pss i par le système d’interrupteur (Qss) en fonction de l’intensité du courant de sortie Iout i et de la résistance Rss i du système d’interrupteur (Qss) ; la mise à jour (E6) de la température de jonction Tss i selon l’équation suivante, [Math 4] , où Rth est une résistance thermique donnée entre la jonction du système d’interrupteur (Qss) et l’élément en contact thermique avec le système d’interrupteur (Qss) présentant la température représentative T.