Brevet FR3148087A1 — publié le 20241025

L'invention concerne un procédé mis en œuvre par ordinateur pour déterminer la température d'un premier composant d'un onduleur de puissance (6), l'onduleur (6) étant connecté à une machine électrique rotative (2), la machine (2) comprenant un second composant (3), distinct du premier composant, dans lequel circule un courant alternatif dans le second composant (3), la méthode comprend une étape de mesure de la température du second composant par un capteur de température (4), le procédé est caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détermination (140) de la température du premier composant de l'onduleur (6) sur la base de la température du second composant (3) mesurée par le capteur de température (4). Figure pour l'abrégé : figure 1 Procédé de détermination de la température d'un composant d'un onduleur de puissance L'invention concerne la température des onduleurs de puissance. En particulier, elle concerne une méthode pour déterminer la température d'initialisation d'un composant d'un convertisseur de puissance dans un véhicule lorsque le véhicule est redémarré après une période de stationnement. Pour éviter les dysfonctionnements et les dommages éventuels, les températures des composants d'un onduleur doivent être connues. Étant donné qu'il est difficile et coûteux de placer un capteur de température dans chaque onduleur, en particulier dans un véhicule à moteur, les températures sont estimées à partir de modèles thermiques spécifiques aux composants et en fonction de la puissance électrique fournie associée aux composants. Cependant, lorsque le véhicule a été stationné pendant un certain temps et qu'il redémarre, la température d'initialisation de ces composants est difficile à connaître. Certains d'entre eux, qui ont une faible constante de temps thermique, se refroidissent rapidement jusqu'à la température de l'eau de refroidissement de l'onduleur. Cependant, les composants ayant une constante de temps thermique élevée, tels qu'un condensateur CC, peuvent encore présenter une température élevée au moment du redémarrage. Une méthode classique pour déterminer la température d'initialisation d'un composant d'un onduleur ayant une constante de temps thermique élevée consiste à obtenir la constante de temps thermique du composant, la durée de stationnement du véhicule, la dernière température connue ou estimée du composant avant le stationnement, et à calculer la température d'initialisation du composant à partir de ces valeurs. L'inconvénient de cette méthode est que la durée de stationnement stockée par le système à l'intérieur du véhicule est généralement inexacte parce qu'elle est enregistrée de manière discrète, ce qui entraîne une température d'initialisation incorrecte lorsque la durée de stationnement réelle ne correspond pas à l'une des valeurs discrètes possibles. Un autre inconvénient est que la dernière température connue ou estimée avant le stationnement peut être perdue si le stockage de cette valeur est défectueux, ce qui rend la température d'initialisation impossible à déterminer. Le présent document a pour objet d'améliorer la détermination de la température d'un composant d'un onduleur. Afin d'atteindre cet objectif, il est proposé un procédé mis en œuvre par ordinateur pour déterminer la température d'un premier composant d'un onduleur de puissance, l'onduleur étant connecté à une machine électrique rotative, la machine comprenant un second composant, distinct du premier composant, dans lequel un courant alternatif circule dans le second composant, le procédé comprenant les étapes suivantes : - mesurer la température du deuxième composant à l'aide d'un capteur de température, - déterminer la température du premier composant de l'onduleur sur la base de la température du second composant mesurée par le capteur de température. En effet, la température du composant est induite par ses pertes. Il apparaît que pour certains des composants d'un onduleur de puissance, les pertes sont principalement dues au courant alternatif fourni par l'onduleur. Par conséquent, la température du premier composant de l'onduleur et la température du second composant circulant en courant alternatif sont liées, même si l'onduleur et le second composant ne sont pas thermiquement connectés. La température du premier composant peut être calculée sans capteur situé à l'intérieur de l'onduleur et repose sur des données précises. En particulier, cette méthode ne nécessite pas d'estimer un temps de stationnement et de déterminer la constante de temps thermique du composant. Elle est donc plus simple et plus précise. Elle ne nécessite pas non plus de stocker une dernière température connue ou estimée avant le stationnement. D'autres caractéristiques optionnelles, prises isolément ou en combinaison, sont présentées ci-après. De préférence, le premier composant est un condensateur de liaison CC ou un onduleur à barre de courant continu ou une interface CA de l'onduleur. Ainsi, la température du condensateur DC-link de l'onduleur est déterminée en fonction de la température de la machine. En effet, les pertes du condensateur à courant continu sont principalement dues au courant alternatif, le même courant alternatif circulant dans la machine. Avantageusement, le second composant est un stator d'un moteur électrique de la machine électrique rotative, la température mesurée étant une température du stator du moteur électrique. En effet, le stator fait circuler un courant alternatif. Sa température, principalement due aux pertes associées à ce courant alternatif, permet de déterminer la température du premier composant de l'onduleur. De préférence, la température du second composant étant une première température mesurée, la méthode comprend en outre les étapes suivantes : - mesurer, par un autre capteur de température, une deuxième température mesurée de l'eau de refroidissement de l'onduleur, et - déterminer la température du premier composant de l'onduleur sur la base des première et deuxième températures mesurées. Ainsi, dans cet exemple, la température du composant de l'onduleur dépend également de la température de l'eau de refroidissement de l'onduleur. Avantageusement, la température du premier composant de l'onduleur est déterminée selon la formule suivante : où Tinverter -component est la température déterminée du premier composant de l'onduleur, Tdistinct -component est la première température mesurée du second composant, T water est la seconde température mesurée de l'eau de refroidissement, et k est une valeur prédéterminée. La valeur prédéterminée k dépend de l'arrangement spécifique et peut être calculée ou déduite par expérience. L'invention a également pour objet un procédé de détermination de la température d'initialisation d'un composant d'un onduleur de puissance, comprenant, lorsque l'onduleur est initialisé après sommeil, une étape de détermination de la température d'initialisation du composant selon le procédé décrit précédemment. Ainsi, la méthode décrite ci-dessus permet de déterminer la température d'initialisation d'un composant d'un onduleur de puissance, en particulier après un stationnement, sans mémoriser la durée du stationnement et la température avant le stationnement. La température d'initialisation du composant de l'onduleur est plus simple et plus précise car elle est basée sur la température d'un composant de la machine. De préférence, la température d'initialisation étant une première température d'initialisation, la méthode comprend les étapes suivantes : - déterminer la constante de temps thermique du composant de l'onduleur ; - déterminer la dernière température connue du composant ; - déterminer le temps de sommeil de l'onduleur ; - lorsque l'onduleur est initialisé après avoir dormi, déterminer une deuxième température d'initialisation du composant de l'onduleur en fonction de la constante de temps thermique, de la dernière température connue du composant et de la durée de sommeil de l'onduleur ; -effectuer un contrôle de plausibilité de la première, respectivement de la deuxième, température d'initialisation, sur la base de la deuxième, respectivement de la première, température d'initialisation. Ainsi, dans cet exemple, la température du composant de l'onduleur est déterminée par la première méthode décrite ci-dessus, mais aussi par une seconde méthode conventionnelle. Le résultat de la première ou de la deuxième méthode est donc vérifié grâce à la deuxième ou à la première méthode respectivement, et il peut être corrigé. L'invention a également pour objet un programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, amènent l'ordinateur à mettre en œuvre les étapes de la méthode décrite ci-dessus pour déterminer une température ou de la méthode décrite ci-dessus pour déterminer la température d'initialisation. L'invention a également pour objet un support de stockage lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, amènent ce dernier à mettre en œuvre les étapes de la méthode décrite ci-dessus pour déterminer une température ou de la méthode décrite ci-dessus pour déterminer la température d'initialisation. L'invention a également pour objet un système comprenant : - un onduleur de puissance, l'onduleur de puissance comprenant un premier composant, - une machine électrique rotative connectée à l'onduleur et comprenant un second composant distinct du premier composant, dans lequel le second composant est capable de faire circuler un courant alternatif ; - un capteur de température pour mesurer la température du deuxième composant, caractérisé en ce que le système comprend en outre des moyens informatiques configurés pour commander les étapes de : - par le capteur, mesure d'une première température du second composant (3) ; - déterminer la température du premier composant de l'onduleur en fonction de la première température. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, qui n'est donnée qu'à titre d'exemple et qui est faite en référence aux dessins ci-joints dans lesquels : La est une vue schématique d'un véhicule comprenant un système selon l'invention ; La est une vue schématique du système comprenant un onduleur selon l'invention ; et La est un diagramme d'une méthode selon l'invention. Description détaillée La illustre un véhicule à moteur 1 comprenant une machine électrique rotative 2. La machine électrique rotative 2 est, dans cet exemple, un moteur électrique qui alimente le véhicule 1. Alternativement, tout type de machine électrique rotative pourrait être considéré dans l'invention, par exemple un moteur électrique pour alimenter un système de freinage du véhicule 1. La machine électrique tournante 2 comprend un stator 3 et un rotor, qui ne sont pas illustrés en détail. Le stator 3 comprend un capteur de température 4, afin de mesurer la température du stator 3. Le véhicule 1 comprend également une batterie 5 pour alimenter la machine électrique rotative 2. Le véhicule 1 comprend également un onduleur 6, connecté entre la batterie 5 et la machine électrique rotative 2, afin de transformer le courant continu de la batterie 5 en courant alternatif pour alimenter la machine 2 et de transformer le courant alternatif de la machine 2 en courant continu pour charger la batterie 5. L'onduleur 6 comprend également une unité informatique 7 connectée au capteur de température 3 et à la machine électrique rotative 2. L'unité 7 comprend des moyens informatiques permettant de contrôler la machine 2 et d'exécuter une méthode 100 décrite plus loin. Dans l'unité 7, les moyens informatiques conventionnels comprennent une unité de traitement 8 et un support de stockage lisible par ordinateur 9 comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par l'unité de traitement 8, amènent l'unité à mettre en œuvre les étapes du procédé 100. En effet, ce support 9 comprend un programme d'ordinateur 10 comprenant des instructions qui, lorsque le programme 10 est exécuté par un ordinateur ou des moyens informatiques tels que l'unité de traitement 8, amènent l'ordinateur à mettre en œuvre les étapes de la méthode 100. L'onduleur 6 comprend également un circuit d'eau de refroidissement 11. Ce circuit permet de refroidir l'onduleur 6, en traversant ou en contournant les composants de l'onduleur 6 d'une manière connue de l'homme du métier. Aucun détail ne sera décrit sur l'agencement du circuit 11. L'onduleur 6 comprend également un second capteur de température 12 disposé de manière à mesurer la température de l'eau de refroidissement circulant dans le circuit 11. La illustre les composants de l'onduleur 6. L'onduleur 6 comprend un connecteur CC 13 connecté à la batterie 5 de manière non illustrée. Le courant continu circulant dans le connecteur CC est appelé I . DC. L'onduleur 6 comprend une barre de courant continu 14 connectée au connecteur de courant continu 13 et faisant circuler le courant continu I DC. L'onduleur 6 comprend également un condensateur de liaison à courant continu 15 connecté à la barre omnibus à courant continu 14. Un courant alternatif circule dans le condensateur de liaison CC 15. La valeur du courant quadratique moyen (rms), appelé Icap , rms et circulant dans le condensateur de liaison CC 15, est fournie par la formule suivante : , où M représente l'indice de modulation et Phi représente l'angle entre la tension alternative et le courant alternatif. IAC ,rms est le courant quadratique moyen du courant alternatif I AC circulant dans le stator 3 de la machine électrique rotative 2. L'onduleur 6 comprend également un onduleur DC-Busbar 16, connecté au condensateur DC-link 15 et dans lequel circule un courant I inv dont le courant quadratique appelé Iinv ,rms est fourni par la formule suivante : . L'onduleur 6 comprend également des interrupteurs de puissance 17 connectés à l'onduleur 16 de la barre de courant continu, y compris des transistors bipolaires à grille isolée (IGBT) ou des MOSFET, faisant circuler un courant alternatif I AC dont le courant quadratique moyen est IAC ,rms . Ce courant est le courant alternatif à fournir à la machine 2. L'onduleur 6 comprend également une interface CA 18 connectée aux interrupteurs de puissance 17 et faisant circuler le courant alternatif I AC à fournir à la machine électrique rotative 2. L'interface CA peut être une barre d'alimentation ou un câble CA. Un exemple de méthode 100, pour déterminer la température d'initialisation d'un condensateur de liaison à courant continu 15 de l'onduleur de puissance 6, est maintenant décrit en référence à la . La détermination de cette température d'initialisation est nécessaire pour contrôler de manière appropriée le courant électrique transmis à la machine électrique tournante 2. En effet, les modèles thermiques des composants de l'onduleur sont calculés afin d'assurer la protection thermique de l'onduleur. Ainsi, les interrupteurs de puissance 17 sont commandés par l'unité 7 en fonction d'un critère de température, ce qui a des conséquences sur la machine électrique 2. Une mauvaise température d'initialisation pourrait par exemple générer un couple inadéquat (trop fort ou trop faible) par la machine 2. La méthode 100 est mise en œuvre par l'unité informatique 7 après un temps de stationnement du véhicule 1. Pendant le temps de stationnement, la machine électrique rotative 2 était éteinte, l'onduleur 6 était en mode veille. À l'étape 110, le véhicule 1 est redémarré. La machine électrique rotative 2 est en marche, l'onduleur 5 est en marche. La température d'initialisation doit être déterminée. À l'étape 120, l'unité 7 mesure la température Tdistinct -component du stator 3 de la machine 2, à l'aide du premier capteur de température 4 placé sur le stator 3. A l'étape 130, l'unité 7 mesure, par le second capteur de température 12, la température T water de l'eau de refroidissement 11 de l'onduleur 6. À l'étape 140, l'unité 7 détermine la composante Tinverter du condensateur 15 du lien CC à l'aide de la formule suivante : . k est un coefficient déterminé par l'homme du métier grâce à des données expérimentales ou de conception, car k est spécifique à l'arrangement. Cette formule provient du fait que, d'après les formules mentionnées ci-dessus concernant le courant électrique circulant dans les composants de l'onduleur 5, les pertes du stator 3 ainsi que les pertes du condensateur de liaison DC 15 sont principalement dues au courant alternatif I AC . Ces pertes sont responsables de la température de ces composants. Ces pertes sont responsables de la température de ces composants. Par conséquent, bien que le condensateur de liaison CC 15 et le stator 3 ne soient pas thermiquement connectés, leurs températures respectives sont liées. L'unité 7 a maintenant déterminé la température d'initialisation du condensateur 15 du circuit intermédiaire et peut maintenant commander l'onduleur 6 en fonction de cette température. De plus, l'évolution de la température, grâce à un modèle thermique quelconque, peut alors être déterminée par l'unité 7 sur la base de cette température d'initialisation, afin d'assurer la protection thermique du condensateur 15 du circuit intermédiaire sans avoir de conséquences anormales sur le couple généré par la machine 2. Les étapes suivantes sont des étapes supplémentaires et facultatives pour vérifier et éventuellement modifier la température d'initialisation qui a été trouvée. A l'étape 150, l'unité nit 7 détermine la constante de temps thermique Tconstant du condensateur 15 du lien DC de l'onduleur 6. Cette valeur est notamment stockée dans une mémoire de l'unité 7, car cette valeur constante est déterminée ou connue lors de la conception de l'onduleur 6. À l'étape 160, l'unité 7 détermine la dernière température connue Tbeforesleep du condensateur de liaison CC 15. En particulier, la dernière température connue est la température déterminée par l'unité 7 à l'aide d'un modèle thermique, avant que l'onduleur ne passe en mode veille lorsque le véhicule se gare. À l'étape 170, l'unité 7 détermine la température Twater ,beforesleep de l'eau de refroidissement 11 au moment où le véhicule 1 se gare, juste avant que l'onduleur ne passe en mode veille. À l'étape 180, l'unité 7 détermine un temps de sommeil T park de l'onduleur 6, c'est-à-dire une période entre le moment où l'onduleur 6 passe en mode sommeil, lorsque le véhicule se gare, et le moment où l'onduleur 6 doit être initialisé à nouveau après avoir dormi, lorsque le véhicule 1 redémarre. A l'étape 190, l'unité 7 détermine une seconde température d'initialisation Tinverter-component-2 du condensateur de liaison DC 15 sur la base de la formule suivante : Pour améliorer la sécurité, à l'étape 200, l'unité 6 effectue, dans cet exemple, un contrôle de plausibilité de la première température d'initialisation Tinverter -component , sur la base de la deuxième température d'initialisation Tinverter-component-2 . Un contrôle de plausibilité est une méthode connue de l'homme du métier qui permet de vérifier si une valeur de résultat est légitime sur la base d'une autre valeur de référence. Un tel contrôle peut conduire à modifier la première valeur trouvée, sur la base de la seconde valeur. Par exemple, si un certain seuil du contrôle de plausibilité est dépassé, l'initialisation est considérée comme non fiable. En conséquence, l'initialisation peut avoir lieu avec, par exemple, une température de pire cas pour assurer la protection thermique. Les étapes 160 à 100 peuvent être effectuées avant les étapes 120 à 150. Dans ce cas, les contrôles de plausibilité sont alors effectués sur la deuxième température d'initialisation Tinverter-component-2 en fonction de la première température d'initialisation Tinverter -component . L'invention n'est pas limitée aux réalisations illustrées et d'autres réalisations apparaîtront aux personnes compétentes dans ce domaine. Tout d'abord, l'invention n'est pas limitée à un procédé de détermination d'une température d'initialisation. En effet, la relation entre la température du condensateur 15 de l'onduleur 6 et la température du stator 3 de la machine électrique tournante 2 n'est pas limitée à une initialisation après le mode veille, il est donc possible de déterminer la température du condensateur à tout moment. En outre, au lieu de la température du condensateur de liaison CC 15, il est possible de déterminer, avec la même formule et une valeur de coefficient k adaptée, la température de l'onduleur de barre omnibus CC 16 et de l'interface CA 18. En effet, sur la base des formules décrites ci-dessus en référence à ces composants, les principales pertes de ces composants sont également dues au courant alternatif I AC. Par conséquent, l'invention n'est pas limitée au calcul de la température du condensateur à liaison CC 15, elle peut être mise en œuvre pour déterminer la température d'autres composants de l'onduleur 6. En outre, si l'interface CA 18 était considérée comme faisant partie de la machine électrique tournante 2 et si le capteur de température 4 était placé sur l'interface CA 18 au lieu du stator 3, la même méthode permettrait de déterminer la température du condensateur à liaison CC 15 ou de l'onduleur à barre de courant continu 16 sur la base de la température mesurée sur l'interface CA 18, avec une valeur k adaptée. Par conséquent, l'invention n'est pas limitée à la mesure de la température d'un stator, elle peut être mise en œuvre pour mesurer la température d'un autre composant de la machine électrique rotative 2 afin de déterminer la température d'un composant de l'onduleur 6. Ainsi, plus généralement, l'invention propose un procédé 100 mis en œuvre par ordinateur pour déterminer une température d'un premier composant 15 d'un onduleur de puissance 6, l'onduleur étant connecté à une machine électrique rotative 2, la machine comprenant un second composant 3, distinct du premier composant 15, dans lequel circule un courant alternatif dans le second composant 3, le procédé 100 comprenant une étape 120 de mesure de la température du second composant 3 par un capteur de température 4, le procédé 100 comprenant une étape 140 de détermination de la température du premier composant 15 de l'onduleur 6 sur la base de la température du second composant 3 mesurée par le capteur de température 4. L'invention propose également un système comprenant - un onduleur de puissance 6, l'onduleur de puissance comprenant un premier composant 15, 16 ou 18 ; - une machine électrique rotative 2 connectée à l'onduleur 6 et comprenant un deuxième composant 3 distinct du premier composant 15, 16 ou 18, dans lequel le deuxième composant 3 est capable de faire circuler un courant alternatif ; - un capteur de température 4 pour mesurer la température du deuxième composant 3, - des moyens informatiques 7, 8 et 9 configurés pour commander les étapes de : - par le capteur 4, mesure d'une première température du second composant 3 ; - déterminer la température du premier composant 15, 16 ou 18 de l'onduleur en fonction de la première température. Nomenclature 1 : véhicule 2 : machine électrique rotative 3 : stator de la machine 2 4 capteur de température 5 : batterie 6 onduleur 7 : unité informatique 8 : unité de traitement 9 : support de stockage informatique 10 : programme informatique 11 : circuit d'eau de refroidissement 12 : capteur de température 13 : Connecteur DC 14 : Barre de courant continu 15 : Condensateur DC 16 : Inverseur de barre de courant continu 17 : Interrupteurs d'alimentation 18 : Interface AC Procédé (100) mis en œuvre par ordinateur pour déterminer la température d'un premier composant (15, 16, 18) d'un onduleur de puissance (6), l'onduleur (6) étant connecté à une machine électrique rotative (2), la machine (2) comprenant un second composant (3), distinct du premier composant (15, 16, 18), dans lequel un courant alternatif circule dans le second composant (3), la méthode (100) comprenant une étape (120) de mesure de la température du second composant par un capteur de température (4), le procédé (100) étant caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détermination (140) de la température du premier composant (15, 16, 18) de l'onduleur (6) sur la base de la température du second composant (3) mesurée avec le capteur de température (4). Méthode (100) selon la revendication précédente, dans laquelle le premier composant est un condensateur de liaison CC (15) ou un onduleur de barre de courant continu (16) ou une interface CA (18) de l'onduleur (6). Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le second composant (3) est un stator d'un moteur électrique de la machine électrique rotative (2), la température mesurée étant une température du stator (3) de la machine. Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la température du second composant (3) étant une première température mesurée, le procédé comprend en outre les étapes suivantes : - mesurer (130), par un autre capteur de température (12), une deuxième température mesurée de l'eau de refroidissement de l'onduleur (6), et - déterminer (140) la température du premier composant de l'onduleur (6) sur la base des première et deuxième températures mesurées. Procédé (100) selon la revendication précédente, dans lequel la température du premier composant de l'onduleur (6) est déterminée selon la formule suivante : où Tinverter -component est la température déterminée du premier composant (15, 16, 18) de l'onduleur (6), Tdistinct -component est la première température mesurée du second composant (3), T water est la seconde température mesurée de l'eau de refroidissement, et k est une valeur prédéterminée. Procédé (100) de détermination de la température d'initialisation d'un composant (15, 16, 18) d'un onduleur de puissance (6), comprenant, lorsque l'onduleur (6) est initialisé après sommeil, une étape (140) de détermination de la température d'initialisation du composant (15, 16, 18) selon l'une quelconque des revendications précédentes. Procédé (100) selon la revendication 6, dans lequel, la température d'initialisation déterminée selon la revendication 6 étant une première température d'initialisation, le procédé comprend les étapes suivantes de : - déterminer (150) la constante de temps thermique du composant de l'onduleur ; - déterminer (160) la dernière température connue du composant ; - déterminer (180) une durée de sommeil de l'onduleur ; - lorsque l'onduleur est initialisé après avoir dormi, déterminer (190) une deuxième température d'initialisation du composant de l'onduleur en fonction de la constante de temps thermique, de la dernière température connue du composant et de la durée de sommeil de l'onduleur ; -effectuer (200) un contrôle de plausibilité de la première, respectivement deuxième, température d'initialisation, sur la base de la deuxième, respectivement première, température d'initialisation. Programme d'ordinateur (10) comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, amènent l'ordinateur à mettre en œuvre les étapes de la méthode (100) de l'une quelconque des revendications précédentes. Support de stockage lisible par ordinateur (9) comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, amènent ce dernier à mettre en œuvre les étapes de la méthode (100) selon l'une des revendications 1 à 7. Système comprenant : - un onduleur de puissance (6), l'onduleur de puissance comprenant un premier composant (15, 16, 18), - une machine électrique rotative (2) connectée à l'onduleur (6) et comprenant un second composant (3) distinct du premier composant (15, 16, 18), dans lequel le second composant (3) est capable de faire circuler un courant alternatif ; - un capteur de température (4) pour mesurer la température du second composant (3), caractérisé en ce que l'onduleur comprend en outre des moyens informatiques (7, 8, 9) configurés pour commander les étapes de : - par le capteur (4), mesure d'une première température du second composant (3) ; - déterminer la température du premier composant (15, 16, 18) de l'onduleur en fonction de la première température.