Brevet FR3141766A1 — publié le 20240510

L’invention concerne un procédé (4), mis en œuvre dans un calculateur embarqué au sein d’un système électrique ou électronique, d’estimation de la température d’un composant électrique appartenant à un circuit électrique du système, le composant électrique étant traversé par un courant électrique issu d’un dispositif d’alimentation électrique du système électrique ou électronique, le système électrique ou électronique comprenant en outre des moyens de mesure ou de détermination de l’intensité dudit courant électrique, le système électrique ou électronique comprenant en outre des moyens de mesure de la température environnant ledit composant électrique ou des moyens d’affectation d’une valeur constante à ladite température environnante, lesdits moyens de mesure ou d’affectation fournissant au calculateur une valeur de température environnante mesurée ou affectée. L’invention concerne également un calculateur et un produit programme d’ordinateur pour la mise en œuvre d’un tel procédé, ainsi qu’un véhicule automobile comprenant un tel calculateur. Figure 1 PROCEDE D’ESTIMATION DE LA TEMPERATURE D’UN COMPOSANT ELECTRIQUE D’UN SYSTEME ELECTRIQUE OU ELECTRONIQUE L’invention se rapporte à un procédé, mis en œuvre dans un calculateur embarqué au sein d’un système électrique ou électronique, d’estimation de la température d’un composant électrique appartenant à un circuit électrique du système. Il est connu de procéder à l’estimation de la température d’un composant électrique d’un système électrique ou électronique, par exemple afin de protéger le composant contre des effets de surchauffe thermique. En effet, un tel composant électrique est sujet à auto-échauffement en raison de sa propre résistance électrique au courant circulant dans le composant. Un tel composant électrique est par exemple un fil électrique, un fusible, un relais, etc. Si la température au sein du composant électrique monte trop ou trop vite, le composant peut être endommagé immédiatement ou bien après une utilisation à long terme. Par conséquent, il peut être nécessaire de contrôler ou de limiter en valeur ou en durée le courant électrique traversant le composant. Une première solution connue pour protéger le composant électrique contre les effets de surchauffe thermique consiste à sélectionner un composant surdimensionné, apte à supporter tout courant électrique auquel il peut être confronté dans le circuit considéré. Toutefois, un inconvénient de cette solution est qu’elle génère des surcoûts, du fait de ce surdimensionnement du composant. Le comportement d’auto-échauffement du composant électrique peut également être mesuré en le plaçant par exemple dans une cabine à température contrôlée et en appliquant un courant électrique constant. La mesure peut être effectuée pour différentes charges de courant constant. Pour chaque valeur de courant, la température critique est atteinte après une durée de charge différente, ainsi une courbe « temps versus courant » (pour chaque température du composant d’ambiance) peut être définie comme une limite pour le composant. Une autre solution de protection pour le composant consiste alors à utiliser des temporisations (aussi appelés « timers » en anglais) dans un calculateur embarqué au sein du système électrique ou électronique, de telles temporisations étant basées sur le courant électrique mesuré. La courbe de « temps versus courant » décrite ci-dessus est alors utilisée pour paramétrer les temporisations. Chaque temporisation est en effet chargée de vérifier qu'un niveau de courant électrique donné dure moins longtemps que la courbe « temps versus courant » du composant, afin d’éviter que ce dernier n’atteigne sa température critique. Lorsque l’intensité d’un courant électrique traversant le composant est supérieure à un seuil prédéfini (par exemple 400 A), une temporisation particulière compte par ailleurs le temps écoulé depuis que l’intensité du courant électrique a dépassé cette valeur de seuil prédéfinie. Lorsque ce temps écoulé atteint une valeur limite, l’intensité du courant électrique doit être réduite en-dessous de la valeur de seuil prédéfinie par un dispositif de protection du composant. Toutefois, un premier inconvénient de cette solution est que tout courant électrique dont l’intensité est supérieure à une valeur limite que le composant peut supporter dans un environnement donné (par exemple 170 A) est susceptible d’amener le composant électrique à atteindre sa température critique. Ainsi lorsqu'un seuil est atteint l’intensité du courant électrique doit être limitée à cette valeur limite. Un autre inconvénient réside dans le fait que si le composant est d'abord utilisé au-dessus de la valeur limite de courant (par exemple à 250 A) pendant une durée conséquente (par exemple 200 s), il se rapproche de la courbe limite, ce qui signifie que la température du composant est également proche de la limite. Cependant, la temporisation particulière chargée de surveiller la valeur de seuil prédéfinie ne compte pas cela et est toujours à sa valeur nulle. Donc, si le courant passe de 250 A à 401 A et reste à 401 A pendant 19 secondes par exemple, la limite peut être dépassée ce qui peut endommager le composant. En outre, dans cette solution, les temporisations comptent simplement le temps passé avec un courant supérieur à leurs seuils respectifs ; cependant l'effet sur le composant du dépassement d'un seuil de 1 A n'est pas le même que pour un dépassement d’un seuil de 100 A. Enfin, un autre inconvénient est que les temporisations sont configurées pour lancer leur décompte lorsque l’intensité du courant passe en-dessous de leur seuil. En effet, les temporisations comptent dans un premier sens lorsque le courant est supérieur à un seuil, et dans un second sens opposé au premier sens (le second sens étant le sens de décompte) lorsque le courant est inférieur à ce seuil, éventuellement avec un hystérésis. Or, en raison du premier inconvénient évoqué ci-dessus, le décompte ne devrait être possible que si le courant est inférieur à la valeur limite de courant, autrement dit la valeur que le composant peut supporter en maintenant sa température en-dessous de la limite. De plus, en raison du troisième inconvénient évoqué ci-dessus et afin de bien protéger le composant, le décompte devrait varier avec la valeur réelle de l’intensité du courant, ce qui n’est pas le cas. Le document brevet EP 3032689 A1 décrit une autre solution de protection du composant électrique. Ce document divulgue ainsi un système de commande de batterie connecté à une batterie d’un véhicule automobile, dans lequel un calculateur calcule une valeur de courant efficace sur une ou plusieurs fenêtre(s) temporelle(s) prédéterminée(s), en fonction d’une valeur de courant mesurée ; puis qui détermine un rapport temporel indicatif d’une durée pendant laquelle la valeur du courant efficace a été supérieure à une valeur prédéterminée autorisée pendant une période de temps spécifiée prédéterminée (en utilisant pour ce faire une courbe limite discrétisée « temps versus courant »). Une unité de restriction de charge/décharge limite alors le courant de charge/décharge de la batterie, en fonction du rapport temporel déterminé par le calculateur. L’étape de calcul d’une valeur de courant efficace sur une ou plusieurs fenêtre(s) temporelle(s) prédéterminée(s) est effectuée en utilisant des valeurs quadratiques moyennes. Le procédé mis en œuvre par le calculateur est implémenté dans un programme d’ordinateur embarqué dans des moyens mémoire du calculateur. Toutefois, le système et le procédé décrits dans ce document ont pour inconvénient un manque de précision dans les calculs effectués du fait de la discrétisation de la courbe limite « temps versus courant ». En outre, ils imposent de stocker au moins une valeur en plus des fenêtres temporelles calculées, afin de permettre de supprimer ce qui sort de la fenêtre ciblée car considéré comme trop ancien. Généralement, il s’agit même de bien plus qu'une valeur unique mais d’un tableau de longueur égale à la durée de la fenêtre temporelle divisée par le pas de temps du calcul. Ceci entraîne la consommation de ressources mémoire importantes dans le calculateur, préjudiciable au bon fonctionnement de ce dernier. Le but de l’invention est de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un procédé, mis en œuvre dans un calculateur embarqué au sein d’un système électrique ou électronique, d’estimation de la température d’un composant électrique appartenant à un circuit électrique du système, qui soit simple, peu onéreux, précis et fiable, et qui permette d’économiser les ressources mémoire utilisées par le calculateur. Pour ce faire, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à un procédé, mis en œuvre dans un calculateur embarqué au sein d’un système électrique ou électronique, d’estimation de la température d’un composant électrique appartenant à un circuit électrique du système, le composant électrique étant traversé par un courant électrique issu d’un dispositif d’alimentation électrique du système électrique ou électronique, le système électrique ou électronique comprenant en outre des moyens de mesure ou de détermination de l’intensité dudit courant électrique, lesdits moyens de mesure ou de détermination étant reliés au calculateur et fournissant au calculateur une valeur de courant électrique I 1 mesurée ou déterminée à partir d’une ou de plusieurs valeur(s) de courant mesurée(s) dans d’autres branches du circuit électrique, le système électrique ou électronique comprenant en outre des moyens de mesure de la température environnant ledit composant électrique ou des moyens d’affectation d’une valeur constante à ladite température environnante, lesdits moyens de mesure ou d’affectation étant reliés au calculateur et fournissant au calculateur une valeur de température environnante mesurée ou affectée T surr , le procédé comportant une étape d’estimation de la température T comp du composant électrique à partir de l’équation (1) suivante : (1) où m est la masse, C p la capacité thermique, R elec la résistance électrique du composant électrique ; où B transfert est une fonction de transfert prédéterminée indicative du facteur de convection et/ou de conduction thermique du composant électrique ; et où les valeurs de m, C p , R elec , et B transfert sont préimplantées au sein du calculateur ; l’étape d’estimation de la température T comp du composant électrique étant rebouclée de manière itérative, la valeur de la température T comp du composant électrique estimée lors de la dernière itération étant stockée au sein du calculateur. Le procédé selon l’invention met en œuvre l’équation (1), qui est une équation simplifiée réduite à un terme inertiel, un terme représentatif d’une source de chaleur par effet Joule et un terme représentatif des échanges thermiques entre le composant électrique et son environnement. Cette équation (1) permet ainsi au calculateur d’estimer la température du composant électrique de manière simple, peu onéreuse, précise et fiable. En outre, du fait de cette complexité moindre dans l’équation (1) utilisée, le procédé selon l’invention permet de réduire les ressources mémoire utilisées par le calculateur pour estimer la température du composant, tout en suivant précisément et en s’adaptant à la courbe « temps versus courant » du composant avec un effet de discrétisation diminué. Par conséquent, le procédé selon l’invention permet d'obtenir une reproduction fidèle de la courbe du composant en utilisant un nombre réduit de paramètres, ce qui simplifie les calculs et réduit l’espace mémoire nécessaire dans le calculateur. Selon une caractéristique technique particulière de l’invention, ledit système électrique ou électronique est un bloc-batterie et ledit composant électrique fait partie du bloc-batterie. Le calculateur est alors par exemple un calculateur de commande du bloc-batterie. Un tel bloc-batterie comporte typiquement des cellules de batterie (ou accumulateurs) associées en série ou/et en parallèle. Le bloc-batterie est par exemple une batterie de traction d’un véhicule automobile électrique ou hybride, ou encore une batterie utilisée en seconde vie pour contribuer par exemple au lissage de charge d’un réseau électrique. De préférence, l’étape d’estimation de la température T comp du composant électrique est rebouclée de manière itérative, la valeur de la température T comp du composant électrique estimée lors de la dernière itération étant stockée au sein du calculateur. Ceci permet de réduire encore les ressources mémoire utilisées par le calculateur. Lorsque le calculateur passe en mode veille, la valeur de la température T comp du composant électrique estimée lors de la dernière itération peut être stockée dans une mémoire non volatile du calculateur, ou bien il peut être décidé de toujours partir de la position la plus critique au réveil du calculateur et de laisser le modèle converger. De préférence encore, lors de l’étape d’estimation de la température T comp du composant électrique, la valeur initiale de la température T comp est prédéfinie par le calculateur. Cette caractéristique a pour avantage de ne pas nécessiter de mémoire non volatile. L’invention se rapporte également à un procédé, mis en œuvre dans un calculateur embarqué au sein d’un système électrique ou électronique, de protection thermique d’un composant électrique appartenant à un circuit électrique du système, le procédé comprenant une étape de calcul d’une consigne en température limite pour le composant électrique et une étape de commande d’un dispositif de protection du composant électrique sur la base de ladite consigne, le procédé comportant en outre un sous-procédé d’estimation de la température du composant électrique tel que décrit ci-dessus, l’étape de commande du dispositif de protection du composant électrique étant également basée sur la température estimée pour le composant électrique. Ce procédé permet de mieux protéger le composant électrique contre le phénomène d’auto-échauffement, au-delà de la limite de durabilité ou de sécurité du composant, ainsi que d’offrir davantage de disponibilité en puissance en réduisant les marges de sécurité. L’invention se rapporte également à un calculateur pour système électrique ou électronique, le système électrique ou électronique comprenant, outre le calculateur, au moins un composant électrique appartenant à un circuit électrique du système et des moyens de mesure ou de détermination de l’intensité d’un courant électrique issu d’un dispositif d’alimentation électrique du système électrique ou électronique et traversant ledit au moins un composant électrique, lesdits moyens de mesure ou de détermination étant reliés au calculateur et fournissant au calculateur une valeur de courant électrique mesurée ou déterminée à partir d’une ou de plusieurs valeur(s) de courant mesurée(s) dans d’autres branches du circuit électrique, le système électrique ou électronique comprenant en outre des moyens de mesure de la température environnant ledit au moins un composant électrique ou des moyens d’affectation d’une valeur constante à ladite température environnante, lesdits moyens de mesure ou d’affectation étant reliés au calculateur et fournissant au calculateur une valeur de température environnante mesurée ou affectée, le calculateur étant configuré pour mettre en œuvre les étapes du procédé tel que décrit ci-dessus. L’invention se rapporte également à un véhicule automobile comprenant un calculateur, au moins un composant électrique appartenant à un circuit électrique du véhicule, un dispositif d’alimentation électrique relié audit au moins un composant électrique, et des moyens de mesure ou de détermination de l’intensité d’un courant électrique issu du dispositif d’alimentation électrique et traversant ledit au moins un composant électrique, lesdits moyens de mesure ou de détermination étant reliés au calculateur et fournissant au calculateur une valeur de courant électrique mesurée ou déterminée à partir d’une ou de plusieurs valeur(s) de courant mesurée(s) dans d’autres branches du circuit électrique, le véhicule comprenant en outre des moyens de mesure de la température environnant ledit au moins un composant électrique ou des moyens d’affectation d’une valeur constante à ladite température environnante, lesdits moyens de mesure ou d’affectation étant reliés au calculateur et fournissant au calculateur une valeur de température environnante mesurée ou affectée, le calculateur étant tel que décrit ci-dessus. Selon une caractéristique technique particulière de l’invention, ledit composant électrique fait partie d’un bloc-batterie embarqué au sein du véhicule. Le calculateur est alors par exemple un calculateur de commande du bloc-batterie. L’invention se rapporte également à un produit programme d’ordinateur comportant un ensemble d’instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs, configurent le ou les processeurs pour mettre en œuvre les étapes du procédé tel que décrit ci-dessus. On décrira ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, des formes d’exécution de la présente invention, en référence aux figures annexées sur lesquelles : - est un organigramme représentant un procédé de protection thermique d’un composant électrique d’un système électrique ou électronique, comprenant un sous-procédé d’estimation de la température du composant électrique, selon la présente invention. En se référant à la la présente invention concerne un procédé, mis en œuvre dans un calculateur embarqué au sein d’un système électrique ou électronique, de protection thermique d’un composant électrique appartenant à un circuit électrique du système. Le composant électrique est relié à un dispositif d’alimentation électrique embarqué dans le système électrique ou électronique, et est traversé par un courant électrique issu de ce dispositif. Le composant électrique est par exemple un fil électrique, un fusible, un relais, ou tout autre composant électrique. Le système électrique ou électronique est typiquement un bloc-batterie. Un tel bloc-batterie comporte typiquement des cellules de batterie (ou accumulateurs) associées en série ou/et en parallèle. Le bloc-batterie est par exemple une batterie de traction d’un véhicule automobile électrique ou hybride, ou encore une batterie utilisée en seconde vie pour contribuer par exemple au lissage de charge d’un réseau électrique, sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention. Le calculateur est relié à un dispositif de protection du composant électrique, apte par exemple à limiter le courant électrique traversant le composant. Le dispositif de protection du composant électrique est par exemple un contrôleur apte à limiter la puissance (donc le courant) dans le moteur de traction du véhicule ou dans tout autre consommateur électrique, ou groupe de consommateurs électriques. Le système électrique ou électronique comporte également des moyens de mesure ou de détermination de l’intensité du courant électrique traversant le composant, reliés au calculateur. Le système électrique ou électronique comporte également des moyens de mesure de la température environnant le composant électrique, reliés au calculateur. En variante, le système électrique ou électronique comporte des moyens d’affectation d’une valeur constante à la température environnante, reliés à ou implantés au sein du calculateur (ceci est par exemple le cas lorsque le composant électrique fait partie d’un ensemble comportant de nombreux composants et matériaux). Les moyens de mesure ou de détermination de l’intensité du courant électrique traversant le composant fournissent au calculateur une valeur de courant électrique I 1 mesurée ou déterminée à partir d’une ou de plusieurs valeur(s) de courant mesurée(s) dans d’autres branches du circuit électrique (en utilisant par exemple dans ce dernier cas des « lois électriques » telles que la « loi des mailles » ou la « loi des nœuds »). Les moyens de mesure de la température environnant le composant électrique ou les moyens d’affectation d’une valeur constante à la température environnante fournissent au calculateur une valeur de température environnante mesurée ou affectée T surr . Comme illustré sur la , le procédé comporte un sous-procédé 4, mis en œuvre dans le calculateur embarqué au sein du système électrique ou électronique, d’estimation de la température du composant électrique. Le sous-procédé 4 comporte une étape 6 au cours de laquelle le calculateur estime la température T comp du composant électrique à partir de l’équation (1) suivante : (1) où m est la masse, C p la capacité thermique, R elec la résistance électrique du composant électrique ; où B transfert est une fonction de transfert prédéterminée indicative du facteur de convection et/ou de conduction thermique du composant électrique ; et où les valeurs de m, C p , R elec , et B transfert sont préimplantées au sein du calculateur (la valeur de R elec pouvant varier avec la température du composant électrique). L’équation (1) est réduite à un terme inertiel (m*C p *(dT comp /dt)), un terme représentatif d’une source de chaleur par effet Joule (R elec *I 1 2 ) et un terme représentatif des échanges thermiques entre le composant électrique et son environnement (B transfert *(T comp - T surr )). En divisant l’équation (1) par le terme m*C p , cette dernière se réduit à deux paramètres modélisant l’inertie thermique et les échanges thermiques du composant : (R elec /m*C p ) d’une part ; et (B transfert /m*C p ) d’autre part. L’étape 6 d’estimation de la température T comp du composant électrique est rebouclée de manière itérative, la valeur de la température T comp du composant électrique estimée lors de la dernière itération étant stockée au sein du calculateur. Lorsque le calculateur passe en mode veille, la valeur de la température T comp du composant électrique estimée lors de la dernière itération peut être stockée dans une mémoire non volatile du calculateur, ou bien il peut être décidé de toujours partir de la position la plus critique au réveil du calculateur et de laisser le modèle converger. Le procédé comporte une étape suivante 8 au cours de laquelle le calculateur calcule une consigne en température limite pour le composant électrique. Le procédé comporte une étape finale 10 au cours de laquelle le calculateur commande le dispositif de protection du composant électrique, sur la base de la consigne calculée lors de l’étape de calcul 8 et de la température estimée pour le composant électrique lors de l’étape d’estimation 6. Le procédé selon l’invention est simple, peu onéreux, précis et fiable, et permet d’économiser les ressources mémoire utilisées par le calculateur. Procédé (4), mis en œuvre dans un calculateur embarqué au sein d’un système électrique ou électronique, d’estimation de la température d’un composant électrique appartenant à un circuit électrique du système, le composant électrique étant traversé par un courant électrique issu d’un dispositif d’alimentation électrique du système électrique ou électronique, le système électrique ou électronique comprenant en outre des moyens de mesure ou de détermination de l’intensité dudit courant électrique, lesdits moyens de mesure ou de détermination étant reliés au calculateur et fournissant au calculateur une valeur de courant électrique I 1 mesurée ou déterminée à partir d’une ou de plusieurs valeur(s) de courant mesurée(s) dans d’autres branches du circuit électrique, le système électrique ou électronique comprenant en outre des moyens de mesure de la température environnant ledit composant électrique ou des moyens d’affectation d’une valeur constante à ladite température environnante, lesdits moyens de mesure ou d’affectation étant reliés au calculateur et fournissant au calculateur une valeur de température environnante mesurée ou affectée T surr , caractérisé en ce que le procédé comporte une étape (6) d’estimation de la température T comp du composant électrique à partir de l’équation (1) suivante : ; où m est la masse, C p la capacité thermique, R elec la résistance électrique du composant électrique ; où B transfert est une fonction de transfert prédéterminée indicative du facteur de convection et/ou de conduction thermique du composant électrique ; et où les valeurs de m, C p , R elec , et B transfert sont préimplantées au sein du calculateur ; l’étape (6) d’estimation de la température T comp du composant électrique étant rebouclée de manière itérative, la valeur de la température T comp du composant électrique estimée lors de la dernière itération étant stockée au sein du calculateur. Procédé (4) selon la revendication 1, dans lequel ledit système électrique ou électronique est un bloc-batterie et ledit composant électrique fait partie du bloc-batterie. Procédé, mis en œuvre dans un calculateur embarqué au sein d’un système électrique ou électronique, de protection thermique d’un composant électrique appartenant à un circuit électrique du système, le procédé comprenant une étape (8) de calcul d’une consigne en température limite pour le composant électrique et une étape (10) de commande d’un dispositif de protection du composant électrique sur la base de ladite consigne, caractérisé en ce que le procédé comporte en outre un sous-procédé (4) d’estimation de la température du composant électrique selon la revendication 1 ou 2, et en ce que l’étape (10) de commande du dispositif de protection du composant électrique est également basée sur la température estimée pour le composant électrique. Calculateur pour système électrique ou électronique, le système électrique ou électronique comprenant, outre le calculateur, au moins un composant électrique appartenant à un circuit électrique du système, et des moyens de mesure ou de détermination de l’intensité d’un courant électrique issu d’un dispositif d’alimentation électrique du système électrique ou électronique et traversant ledit au moins un composant électrique, lesdits moyens de mesure ou de détermination étant reliés au calculateur et fournissant au calculateur une valeur de courant électrique mesurée ou déterminée à partir d’une ou de plusieurs valeur(s) de courant mesurée(s) dans d’autres branches du circuit électrique, le système électrique ou électronique comprenant en outre des moyens de mesure de la température environnant ledit au moins un composant électrique ou des moyens d’affectation d’une valeur constante à ladite température environnante, lesdits moyens de mesure ou d’affectation étant reliés au calculateur et fournissant au calculateur une valeur de température environnante mesurée ou affectée, le calculateur étant caractérisé en ce qu’il est configuré pour mettre en œuvre les étapes du procédé (4) selon la revendication 1 ou 2 ou du procédé selon la revendication 3. Véhicule automobile comprenant un calculateur, au moins un composant électrique appartenant à un circuit électrique du véhicule, un dispositif d’alimentation électrique relié audit au moins un composant électrique, et des moyens de mesure ou de détermination de l’intensité d’un courant électrique issu du dispositif d’alimentation électrique et traversant ledit au moins un composant électrique, lesdits moyens de mesure ou de détermination étant reliés au calculateur et fournissant au calculateur une valeur de courant électrique mesurée ou déterminée à partir d’une ou de plusieurs valeur(s) de courant mesurée(s) dans d’autres branches du circuit électrique, le véhicule comprenant en outre des moyens de mesure de la température environnant ledit au moins un composant électrique ou des moyens d’affectation d’une valeur constante à ladite température environnante, lesdits moyens de mesure ou d’affectation étant reliés au calculateur et fournissant au calculateur une valeur de température environnante mesurée ou affectée, le véhicule automobile étant caractérisé en ce que le calculateur est conforme à la revendication 4. Véhicule automobile selon la revendication 5, dans lequel ledit composant électrique fait partie d’un bloc-batterie embarqué au sein du véhicule. Produit programme d’ordinateur caractérisé en ce qu’il comporte un ensemble d’instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs, configurent le ou les processeurs pour mettre en œuvre les étapes du procédé (4) selon la revendication 1 ou 2 ou du procédé selon la revendication 3.