Brevet FR3164530A1 — publié le 20260116

L’invention concerne un système de mesure (114) d’une température (T) d’un élément électrique exothermique (106W HS ) refroidi au moyen d’un liquide de refroidissement, comportant : - un capteur de température (116) conçu pour mesurer une température (T EAU ) du liquide de refroidissement ; et - un modèle dynamique (M DIS ) d’une liaison thermique de dissipation (L DIS ) entre l’élément électrique exothermique (106W HS ) et le liquide de refroidissement, conçu pour estimer la température (T) de l’élément électrique exothermique (106W HS ) à partir d’une température estimée (T’ EAU ) du liquide de refroidissement. Le système de mesure (114) comporte en outre : - un modèle dynamique (M PARA ) d’une liaison thermique parasite (L PARA ) entre une source de chaleur parasite (104) et le capteur de température (116), conçu pour estimer, à partir d’une estimation d’une puissance thermique émise (P) par la source de chaleur parasite (104), un échauffement parasite (T PARA ) du capteur de température (116) causé par la source de chaleur parasite (104) au travers de la liaison thermique parasite (L PARA ) ; et - un module de compensation (118) conçu pour fournir la température estimée (T’ EAU ) du liquide de refroidissement en compensant, dans la température mesurée (T EAU ) du liquide de refroidissement, l’échauffement parasite (T PARA ). MESURE D’UNE TEMPÉRATURE D’UN ÉLÉMENT ÉLECTRIQUE EXOTHERMIQUE REFROIDI AU MOYEN D’UN LIQUIDE DE REFROIDISSEMENT Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un système de mesure d’une température d’un élément électrique exothermique refroidi au moyen d’un liquide de refroidissement, une installation électrique comportant un tel système de mesure et un engin de mobilité comportant une telle installation électrique. Un engin de mobilité est par exemple un véhicule terrestre à moteur, un train, un aéronef ou bien un drone. Un véhicule terrestre à moteur est par exemple un véhicule automobile, une moto, un vélo motorisé ou bien un fauteuil roulant motorisé. Arrière-plan technologique On connait de l’état de la technique un système de mesure d’une température d’un élément électrique exothermique refroidi au moyen d’un liquide de refroidissement, du type comportant : un capteur de température conçu pour mesurer une température du liquide de refroidissement ; et un modèle dynamique d’une liaison thermique de dissipation entre l’élément électrique exothermique et le liquide de refroidissement, conçu pour estimer la température de l’élément électrique exothermique à partir d’une température estimée du liquide de refroidissement. Un modèle dynamique est un ensemble d’équations mathématiques évoluant dans le temps, c’est-à-dire dont le temps est une variable. Par exemple, ces équations mathématiques sont des équations différentielles du temps. Le modèle dynamique permet donc de simuler la dissipation de chaleur au travers de la liaison thermique de dissipation. Ainsi, en connaissant la température du liquide de refroidissement, il est possible de remonter à la température de l’élément électrique exothermique surveillé. Par exemple, l’élément électrique exothermique surveillé peut être un transistor, par exemple d’un onduleur à commutation, qui présente une température de jonction à ne pas dépasser, sous peine de dégrader le transistor. Ainsi, la température du transistor est importante à connaître. Dans le système de mesure de l’état de la technique, la température mesurée est directement utilisée comme température estimée dans le modèle dynamique, ce qui conduit à une marge d’erreur non négligeable dans l’estimation de la température de l’élément électrique exothermique. Il peut ainsi être souhaité de prévoir un système de mesure qui permette de s’affranchir d’au moins une partie des problèmes et contraintes précités. Il est donc proposé un système de mesure du type précité, caractérisé en ce qu’il comporte en outre : un modèle dynamique d’une liaison thermique parasite entre une source de chaleur parasite et le capteur de température, conçu pour estimer, à partir d’une estimation d’une puissance thermique émise par la source de chaleur parasite, un échauffement parasite du capteur de température causé par la source de chaleur parasite au travers de la liaison thermique parasite ; et un module de compensation conçu pour fournir la température estimée du liquide de refroidissement en compensant, dans la température mesurée du liquide de refroidissement, l’échauffement parasite. Ainsi, grâce à l’invention, l’estimation de la température du liquide de refroidissement utilisée dans le modèle dynamique de la liaison de dissipation est plus précise, et donc également l’estimation de la température de l’élément électrique exothermique. L’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, selon toute combinaison techniquement possible. De façon optionnelle, la source de chaleur parasite est un circuit électrique. De façon optionnelle également, le circuit électrique est un convertisseur à commutation conçu pour réaliser une conversion entre une tension continue et des tensions de phase, afin de fournir des courants de phases. De façon optionnelle également, le système de mesure comporte en outre un capteur de tension conçu pour mesurer la tension continue et un capteur de courant conçu pour mesurer un des courants de phase, et la puissance thermique émise par la source de chaleur parasite est estimée à partir de la tension continue mesurée et du courant de phase mesuré. De façon optionnelle également, l’élément électrique exothermique appartient au circuit électrique. De façon optionnelle également, l’élément électrique exothermique est un transistor, une capacité ou bien un busbar du convertisseur. De façon optionnelle également, la température de l’élément électrique exothermique est estimée en outre à partir de la puissance thermique émise. De façon optionnelle également, le système de mesure comporte en outre un modèle dynamique de la source de chaleur, conçu pour estimer la puissance thermique émise par la source de chaleur. De façon optionnelle également, le modèle thermique dynamique d’une liaison thermique parasite met en œuvre un modèle thermique de Cauer. De façon optionnelle également, le modèle thermique dynamique d’une liaison thermique parasite mettant en œuvre un modèle thermique de Cauer comprend une succession d’au moins deux blocs comprenant un nœud d’entré et un nœud de sortie, ainsi qu’une capacité entre le nœud d’entrée et une masse électrique et une résistance connectée entre le nœud d’entrée et le nœud de sortie du bloc. En variante, le modèle thermique dynamique d’une liaison thermique parasite met en œuvre un modèle thermique de Foster. Il est également proposé une installation électrique comportant : un canal de circulation d’un liquide de refroidissement ; un élément électrique exothermique refroidi au moyen du liquide de refroidissement ; une liaison thermique de dissipation entre l’élément électrique exothermique et le liquide de refroidissement ; et un système de mesure selon l’invention. Il est également proposé un engin de mobilité comportant une installation électrique selon l’invention. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la FIG. 1 est un schéma fonctionnel d’une installation électrique dans laquelle l’invention est mise en œuvre, et la FIG. 2 est un schéma fonctionnel d’un système informatique pour la mise en œuvre de modèles thermiques dynamiques utilisés dans l’installation électrique de la FIG. 1 . Description détaillée de l’invention En référence à la FIG. 1 , une installation électrique 100 dans laquelle l’invention est mise en œuvre va à présent être décrite. L’installation électrique 100 comporte tout d’abord une source de tension continue 102, comme une batterie, présentant deux bornes « + » et « – » et conçue pour fournir une tension continue V BAT entre ces deux bornes « + » et « – ». L’installation électrique 100 comporte en outre un onduleur à commutation 104. Comme cela est connu en soi, l’onduleur à commutation 104 est un circuit électrique conçu pour convertir la tension continue V BAT en des tensions de phase U U , U V , U W , afin de fournir autant de courants de phase I U , I V , I W que de tensions de phase U U , U V , U W . Par exemple, les tensions de phase U U , U V , U W et les courants de phase I U , I V , I W sont au nombre de trois, de manière à former une alimentation triphasée. L’onduleur à commutation 104 comporte en outre plusieurs commutateurs 106U HS , 106U LS , 106V HS , 106V LS , 106W HS , 106W LS . Chacun d’eux est de préférence un interrupteur commandable à semi-conducteur, comme par exemple un transistor, tel qu’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (de l’anglais « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » également désigné par l’acronyme MOSFET) ou bien un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde silicium (de l’anglais « Silicon Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » également désigné par l’acronyme Si MOSFET) ou bien un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde au carbure de silicium (de l’anglais « Silicon Carbide Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » également désigné par l’acronyme SiC MOSFET) ou bien un transistor bipolaire à grille isolée (de l’anglais « Insulated Gate Bipolar Transistor » également désigné par l’acronyme IGBT) ou bien un transistor à effet de champ au nitrure de gallium (de l’anglais « Gallium Nitride Field Effect Transistor » également désigné par l’acronyme GaN FET). Par exemple, l’onduleur à commutation 104 comporte plusieurs bras de commutation 106U, 106V, 106W. Chaque bras de commutation 106U, 106V, 106W est connecté entre les deux bornes « + » et « – » de la source de tension continue 102 et comporte deux commutateurs 106U HS et 106U LS , 106V HS et 106V LS , 106W HS et 106W LS connectés l’un à l’autre en un point milieu présentant la tension de phase U U , U V , U W associée et d’où est fourni le courant de phase I U , I V , I W associé. L’onduleur à commutation 104 comporte par exemple une plaque de base 108 (de l’anglais « base plate ») sur laquelle repose les commutateurs 106U HS et 106U LS , 106V HS et 106V LS , 106W HS et 106W LS . Cette plaque de base 108 comporte par exemple un empilement de plusieurs couches, par exemple une couche de cuivre et une couche de céramique. L’installation électrique 100 comporte en outre un dispositif de commande 110 des commutateurs 106U HS , 106U LS , 106V HS , 106V LS , 106W HS , 106W LS de l’onduleur à commutation 104, afin de fournir par exemple des courants de phase I U , I V , I W sensiblement sinusoïdaux et déphasés les uns des autres. Par exemple, le dispositif de commande 110 est conçu pour commander l’onduleur à commutation 104 suivant certains paramètres, qui peuvent être fixes ou bien variables dans le temps, comme par exemple un ou plusieurs parmi : un indice de modulation m (rapport entre la tension continue Vbat et une amplitude des courants de phase) ; un facteur de puissance cosφ (déphasage entre les tensions de phase moyennes et courants de phase) ; une fréquence de commutation fsw des commutateurs ; une fréquence fe des courants de phase ; et une stratégie de commande L (par exemple, stratégie pleine onde, SVPWM, etc.). L’installation électrique 100 comporte en outre une machine électrique 112 conçue pour recevoir les tensions de phase U U , U V , U W et les courants de phase I U , I V , I W . L’installation électrique 100 comporte en outre un canal de circulation 113 d’un liquide de refroidissement de l’onduleur à commutation 104, et en particulier des commutateurs 106U HS , 106U LS , 106V HS , 106V LS , 106W HS , 106W LS . En particulier, la plaque de base 108 est plaquée contre une face externe du canal de circulation 113. Ainsi, il existe une liaison thermique de dissipation L DIS entre le commutateur 106W HS et le liquide de refroidissement. Par exemple, comme illustré, la liaison thermique de dissipation L DIS traverse la plaque de base 108 et le canal de circulation 113. L’installation électrique 100 comporte en outre un système de mesure 114 d’une température T d’un des commutateurs 106U HS , 106U LS , 106V HS , 106V LS , 106W HS , 106W LS , le commutateur 106W HS dans l’exemple illustré. Le système de mesure 114 comporte tout d’abord un capteur de température 116 conçu pour mesurer une température T EAU du liquide de refroidissement. Par exemple, le capteur de température est placé à l’extérieur du canal de circulation 113, mais contre ce dernier. En outre, le capteur de température 116 est placé le plus proche possible du commutateur 106W HS dont la température est recherchée. Ainsi, le capteur de température 116 se trouve très proche de l’onduleur à commutation 104. Le capteur de température 116 peut être perturbé par une source de chaleur parasite proche. Par exemple, comme dans l’exemple illustré, l’onduleur à commutation 104 lui-même peut constituer une telle source de chaleur parasite. En effet, du fait de la proximité du capteur de température 116 avec l’onduleur à commutation 104, il existe une liaison thermique parasite L PARA non négligeable entre l’onduleur à commutation 104 et le capteur de température 116. Ainsi, il convient de compenser, dans la mesure du capteur de température 116, l’effet de la source de chaleur parasite. Ainsi, le système de mesure 114 comporte en outre un modèle dynamique M PARA de la liaison thermique parasite L PARA entre la source de chaleur parasite (l’onduleur à commutation 104 dans l’exemple illustré) et le capteur de température 116. Ce modèle dynamique M PARA est conçu pour estimer, à partir d’une estimation d’une puissance thermique P dégagée par la source de chaleur (l’onduleur à commutation 104 dans l’exemple illustré), un échauffement parasite T PARA du capteur de température 116 causé par la source de chaleur parasite (l’onduleur à commutation 104 dans l’exemple illustré) au travers de la liaison thermique parasite L PARA . Par exemple, le modèle dynamique M PARA est sous la forme d’une simulation de circuit électrique, où des grandeurs électriques représentent des grandeurs de la liaison thermique parasite L PARA . Par exemple, comme dans l’exemple illustrée, le modèle dynamique M PARA est un modèle thermique où la liaison parasite L PARA est modélisée par une succession de blocs B PARA1 , B PARA2 présentant chacun un nœud d’entrée NE PARA1 , NE PARA2 et un nœud de sortie NS PARA1 , NS PARA2 , connecté au nœud d’entrée du bloc suivant. En théorie, chaque bloc modélise une couche de matériau par laquelle passe la liaison thermique parasite L PARA . Cependant, en pratique, l’identification de ces couches et la définition des blocs correspondants peut être difficile à réaliser. Ainsi, le nombre de blocs sera plutôt choisi par compromis entre la puissance de calcul nécessaire à faire tourner le modèle dynamique M PARA et l’adéquation à des données expérimentales sur la liaison thermique parasite L PARA . Dans l’exemple illustré, le modèle dynamique M PARA comporte ainsi deux blocs B PARA1 , B PARA2 , car il a été déterminé qu’un seul bloc n’était pas suffisant dans l’exemple illustré. Cependant, dans d’autres cas, trois blocs ou plus pourraient être utilisés. Les blocs B PARA1 , B PARA2 sont ainsi chaînés les uns autres (le nœud de sortie d’un bloc est connecté au nœud d’entrée du bloc suivant). Le nœud de sortie NS PARA2 du dernier bloc B PARA2 est connectée à la masse électrique pour calculer un échauffement (c’est-à-dire à écart de température) et non une température, et la puissance thermique P est représentée par un courant I(P) prélevé du nœud d’entrée NE PARA1 du premier bloc B PARA1 , comme dans l’exemple illustré. Par exemple, dans le cas d’un modèle thermique de Cauer, chaque bloc comprend une capacité entre le nœud d’entrée et une masse électrique et une résistance connectée entre le nœud d’entrée et le nœud de sortie du bloc. Alternativement, des blocs d’un modèle thermique de Foster pourraient être utilisés. Le système de mesure 114 comporte en outre un module de compensation 118 conçu pour fournir une température estimée T’ EAU du liquide de refroidissement. Cette température estimée T’ EAU est obtenue en compensant, dans la température mesurée T EAU du liquide de refroidissement, l’échauffement parasite T PARA . Par exemple, le module de compensation 118 est conçu pour calculer la température estimée T’ EAU par la formule suivante : T’ EAU = T EAU – T PARA . Pour déterminer la température T du commutateur 106W HS , le système de mesure 114 comporte en outre un modèle dynamique M DIS de la liaison thermique de dissipation L DIS entre le commutateur 106W HS et le liquide de refroidissement. Ce modèle dynamique M DIS est conçu pour estimer la température T du commutateur 106W HS à partir de la température estimée T’ EA U du liquide de refroidissement, plus précise que la température mesurée T’ EAU du liquide de refroidissement. Par exemple, le modèle dynamique M DIS est sous la forme d’une simulation de circuit électrique, où des grandeurs électriques représentent des grandeurs de la liaison thermique de dissipation L DIS . Par exemple, comme dans l’exemple illustrée, le modèle dynamique M DIS est un modèle thermique utilisant des blocs comme décrit précédemment, se succédant du point chaud vers le point froid. Par exemple, comme dans l’exemple illustré, le modèle dynamique M DIS comporte deux blocs B DIS1 , B DIS2 . La température estimée T’ EAU est fournie en tant que tension V(T’ EAU ) du nœud de sortie NS DIS2 du dernier bloc B DIS2 , et la puissance thermique P est fournie comme courant I(P) fourni au nœud d’entrée NE DIS 1 du premier bloc B DIS 1 , comme dans l’exemple illustré. Comme précédemment, les blocs B DIS1 , B DIS2 peuvent être ceux du modèle thermique de Cauer (comme dans l’exemple illustré) ou bien du modèle thermique de Foster. Pour déterminer la puissance thermique P, le système de mesure 114 comporte par exemple un modèle dynamique M S C de la source de chaleur parasite (l’onduleur à commutation 104 dans l’exemple illustré). Ce modèle dynamique M SC utilise par exemple en entrée des mesures du courant I W et/ou de la tension continue V BAT . Pour obtenir ces mesures, le système de mesure 114 comporte ainsi par exemple un capteur de tension 120 conçu pour mesure la tension continue V BAT et/ou un capteur de courant 122 conçu pour mesurer le courant de phase I W . Le modèle dynamique M SC peut par ailleurs utiliser en entrée un ou plusieurs des paramètres de commande : m, cosφ, fsw, fe et L. Dans certains modes de réalisation, comme dans l’exemple illustré, la température T déterminée par le système de mesure 114 peut être fournie au dispositif de commande 110. Ce dernier est alors par exemple conçu pour comparer la température T à la température de jonction T J et, si la température T dépasse la température de jonction T J , commander l’onduleur à commutation 104 afin de diminuer la puissance électrique traversant les commutateurs 106U HS , 106U LS , 106V HS , 106V LS , 106W HS , 106W LS , et ainsi limiter leur échauffement. Alternativement, la température T pourrait être fournie à un dispositif (non représenté) de mise en circulation du liquide de refroidissement (comme une pompe) pour contrôler un débit de circulation du liquide de refroidissement en fonction de la température T. En référence à la FIG. 2 , le système de mesure 214 peut comporter un système informatique 200 pour mettre en œuvre un ou plusieurs des modèles M SC , M DIS , M PARA . Le système informatique 200 comporte une unité 202 de traitement de données (telle qu’un microprocesseur) et une mémoire principale 204 (telle qu’une mémoire RAM, de l’anglais « Random Access Memory ») accessible par l’unité de traitement 202. Le système informatique 200 comporte en outre par exemple une interface réseau et/ou un support lisible par ordinateur, comme par exemple un support local 206 (tel qu’un disque dur local) ou bien un support distant (tel qu’un disque dur distant et accessible via par l’interface réseau au travers d’un réseau de communication) ou bien encore un support amovible (tel qu’une clé USB, de l’anglais « Universal Serial Bus », ou bien un CD, de l’anglais « Compact Disc » ou bien un DVD, de l’anglais « Digital Versatile Disc ») lisible au moyen d’un lecteur approprié du système informatique 200 (tel qu’un port USB ou bien un lecteur de disque CD et/ou DVD). Un programme d'ordinateur 208 contenant des instructions pour l’unité de traitement 202 est enregistré sur le support local 206 et/ou téléchargeable via l’interface réseau. Ce programme d’ordinateur 208 est par exemple destiné à être chargé dans la mémoire principale 204, afin que l’unité de traitement 202 exécute ses instructions, afin de mettre en œuvre un ou plusieurs des modèles M SC , M DIS , M PARA . En conclusion, il apparaît clairement qu’un système de mesure tel que celui décrit précédemment permet une meilleure estimation de la température du liquide de refroidissement, et donc une meilleure estimation de la température de l’élément électrique exothermique surveillé. On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Par exemple, l’onduleur à commutation pourrait être réversible pour fonctionner en redresseur. Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Système de mesure (114) d’une température (T) d’un élément électrique exothermique (106W HS ) refroidi au moyen d’un liquide de refroidissement, comportant : un capteur de température (116) conçu pour mesurer une température (T EAU ) du liquide de refroidissement ; et un modèle dynamique (M DIS ) d’une liaison thermique de dissipation (L DIS ) entre l’élément électrique exothermique (106W HS ) et le liquide de refroidissement, conçu pour estimer la température (T) de l’élément électrique exothermique (106W HS ) à partir d’une température estimée (T’ EAU ) du liquide de refroidissement ; caractérisé en ce qu’il comporte en outre : un modèle dynamique (M PARA ) d’une liaison thermique parasite (L PARA ) entre une source de chaleur parasite (104) et le capteur de température (116), conçu pour estimer, à partir d’une estimation d’une puissance thermique émise (P) par la source de chaleur parasite (104), un échauffement parasite (T PARA ) du capteur de température (116) causé par la source de chaleur parasite (104) au travers de la liaison thermique parasite (L PARA ) ; et un module de compensation (118) conçu pour fournir la température estimée (T’ EAU ) du liquide de refroidissement en compensant, dans la température mesurée (T EAU ) du liquide de refroidissement, l’échauffement parasite (T PARA ). Système de mesure (114) selon la revendication 1, dans lequel la source de chaleur parasite (104) est un circuit électrique. Système de mesure (114) selon la revendication 2, dans lequel le circuit électrique est un convertisseur à commutation conçu pour réaliser une conversion entre une tension continue (V BAT ) et des tensions de phase (U U , U V , U W ), afin de fournir des courants de phases (I U , I V , I W ). Système de mesure (114) selon la revendication 3, comportant en outre un capteur de tension (120) conçu pour mesurer la tension continue (V BAT ) et un capteur de courant (122) conçu pour mesurer un des courants de phase (I W ), et dans lequel la puissance thermique émise (P) par la source de chaleur parasite (104) est estimée à partir de la tension continue (V BAT ) mesurée et du courant de phase (I W ) mesuré. Système de mesure (114) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel l’élément électrique exothermique (106W HS ) appartient au circuit électrique. Système de mesure (114) selon la revendication 3 ou 4 et la revendication 5, dans lequel l’élément électrique exothermique (106W HS ) est un transistor, une capacité ou bien un busbar du convertisseur. Système de mesure (114) selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la température (T) de l’élément électrique exothermique (106W HS ) est estimée en outre à partir de la puissance thermique émise (P). Système de mesure (114) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comportant en outre un modèle dynamique (M SC ) de la source de chaleur (104), conçu pour estimer la puissance thermique émise (P) par la source de chaleur (104). Installation électrique (100) comportant : un canal de circulation (113) d’un liquide de refroidissement ; un élément électrique exothermique (106W HS ) refroidi au moyen du liquide de refroidissement ; une liaison thermique de dissipation (L DIS ) entre l’élément électrique exothermique (106W HS ) et le liquide de refroidissement ; et un système de mesure (114) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Engin de mobilité comportant une installation électrique (100) selon la revendication 9.