Brevet FR3159047A1 — publié le 20250808

L’invention concerne un procédé pour optimiser la durée de vie d’au moins une capacité d’un module de capacités (400) d’un dispositif électronique (100), ledit dispositif électronique (100) étant adapté pour charger une batterie haute tension (600) d’un véhicule électrique, ledit dispositif comportant un circuit correcteur de facteur de puissance (300), un convertisseur continu-continu DC/DC (500), un dispositif de refroidissement (700) adapté pour refroidir au moins une capacité du module de capacités (400), un second capteur de température (910) disposé sur au moins une capacité du module de capacités (400) et adapté pour mesurer une température réelle de ladite au moins une capacité, le procédé comportant les étapes suivantes : une première étape a1) consistant à activer le chargeur (100) pour charger la batterie haute tension (600), une deuxième étape a2), consistant à charger la batterie haute tension (600) par le chargeur (100) avec une première puissance de consigne (P1_cons). Figure pour l’abrégé : Fig 3. Procédé de contrôle de la température d’au moins une capacité adaptée pour un chargeur embarqué. L’invention concerne le domaine du véhicule électrique et plus précisément un procédé d’optimisation de la durée de vie d’au moins une capacité pour un chargeur embarqué d’un véhicule électrique. Un véhicule électrique comprend au moins une batterie haute tension, par exemple une batterie de 400 Volts ou 800 Volts, couplée à un réseau électrique haute tension (réseau interne du véhicule électrique) et une batterie de type basse tension, par exemple 12 Volts, couplée à un réseau électrique basse tension (réseau interne du véhicule électrique). La batterie haute tension ainsi que la batterie basse tension sont adaptées pour délivrer de l’énergie électrique et pour accumuler de l’énergie électrique respectivement sur le réseau électrique haute tension et sur le réseau électrique basse tension. Pour ce faire, le véhicule électrique comprend un chargeur embarqué, plus connu sous l’appellation OBC pour « On Board Charger » en langue anglaise, connecté à la batterie haute tension nommée « BHT » via le réseau électrique haute tension. Le chargeur embarqué est adapté pour, une fois connecté à un réseau électrique d’alimentation, convertir la tension alternative fournie par un réseau électrique externe en une tension continue haute tension apte à recharger la batterie haute tension. La FIG. 1 représente un schéma de principe d'un chargeur électrique embarqué 10 de l'état de l'art adapté pour charger la batterie haute tension 60 dédiée par exemple, à l’alimentation d’une machine électrique pour la propulsion d'un véhicule électrique ou hybride. Le chargeur électrique embarqué 10 comprend un circuit de filtrage électromagnétique 20, et un circuit correcteur de facteur de puissance 30 nommé « PFC » pouvant être bidirectionnel. Ledit circuit correcteur de facteur de puissance 30 comprend en outre, un circuit convertisseur alternatif-continu adapté pour recevoir par exemple un courant électrique issu d’un réseau d'alimentation électrique alternatif domestique. Le chargeur électrique embarqué 10 comprend également, un module de capacités 40 disposé entre le circuit correcteur de facteur de puissance 30 et un convertisseur continu-continu DC/DC 50 adapté pour charger la batterie haute tension 60. Comme le sait l’homme de l’art, la charge de la batterie d'alimentation basse tension, non représentée sur la FIG. 1 , est réalisée par la batterie haute tension 60, par un deuxième convertisseur continu-continu, non représenté sur la FIG. 1 connecté entre la batterie haute tension 60 et la batterie d'alimentation basse tension. La charge de la batterie haute tension est réalisée grâce au chargeur électrique embarqué 10 une fois couplé au réseau électrique 70. Le module de capacités 40 est composé d’un nombre déterminé de capacités électrochimiques dont la valeur équivalente est relativement importante pour accepter une valeur de courant efficace relativement importante lors de la charge de la batterie et pour diminuer, ou filtrer suffisamment les ondulations de la tension redressée en sortie du circuit correcteur de facteur de puissance 30 pour que, lesdites ondulations, une fois filtrées, soient compatibles avec les caractéristiques d’entrées du convertisseur continu-continu DC/DC 50. Une solution bien connue de l’homme de l’art pour réaliser le module de capacités 40 est d’implémenter un nombre de capacités relativement important pour obtenir une valeur de capacité équivalente importante pour pouvoir à la fois contrôler les ondulations et accepter des courants efficaces importants (ou courants RMS pour « Root Mean Square » en Anglais) lors de la charge à pleine puissance de la batterie haute tension. Un inconvénient de cette solution est la nécessité d’augmenter la surface de circuit imprimé ou PCB pour « Printed Circuit Board » en Anglais pour accueillir lesdites capacités, augmentant de façon non négligeable le coût du chargeur embarqué 10. En outre, la valeur du courant efficace et plus précisément la valeur maximale du courant efficace dépend du niveau de charge de la batterie et de la puissance du chargeur. Par exemple, un chargeur embarqué peut présenter une puissance nominale de 7KW. Ainsi, en fonction de ladite valeur maximale du courant efficace traversant lesdites capacités du module de de capacités 40, ces dernières chauffent et peuvent parfois atteindre des températures égales ou supérieures à une température seuil critique de capacité Tcritcap qui est donnée par le constructeur des capacités. Par exemple, la température seuil critique de capacité Tcritcap est de 85°C. Ainsi, dans le cas où, lors de la charge de la batterie haute tension par le chargeur, la température des capacités arrive ou dépasse la température seuil critique de capacité Tcritcap alors la durée de vie desdites capacités est réduite par rapport à une utilisation desdites capacités à des températures inférieures à la température seuil critique de capacité Tcritcap. Pour limiter la progression de la température des capacités du module de capacités 40 il est commun d’utiliser un dispositif de refroidissement disposé par exemple sur ledit module de capacités 40. Le dispositif de refroidissement est adapté pour refroidir les capacités à travers le module de capacités 40, mais également pour refroidir des composants électroniques disposés sur le circuit imprimé du chargeur embarqué 10. Une telle solution peut utiliser un refroidissement par air. Cependant, comme les quantités de calories à évacuer sont relativement importantes, le dispositif de refroidissement peut aussi reposer sur un principe de refroidissement par un liquide, c’est-à-dire de l’eau ou du glycol. Ainsi, il est possible d’améliorer l’élimination des calories générées par les composants électroniques et les capacités. Comme mentionné plus haut, il est nécessaire de contrôler la durée de vie des capacités du chargeur embarqué 10 car ce dernier est donné pour une durée d’utilisation minimale par le constructeur du véhicule, par exemple 20000 heures, dans des conditions d’utilisation et de recharge classiques. Cependant, parfois, ledit chargeur 10 et donc les capacités du module de capacités 40 dudit chargeur 10 sont utilisées dans des conditions extrêmes, par exemple lors d’une recharge du véhicule électrique sur une borne de recharge en plein soleil en été sur un parking de supermarché qui engendre une chauffe anormale des capacités et donc une surchauffe dudit chargeur pouvant diminuer sa durée d’utilisation. Il existe donc un réel besoin d’assurer un contrôle de la température des capacités pour éviter un dépassement de la température critique afin de ne pas détériorer prématurément lesdites capacités. L’invention concerne un procédé pour optimiser la durée de vie d’au moins une capacité d’un module de capacités d’un dispositif électronique, ledit dispositif électronique étant adapté pour charger une batterie haute tension d’un véhicule électrique, ledit dispositif comportant un circuit correcteur de facteur de puissance, un convertisseur continu-continu DC/DC, un dispositif de refroidissement adapté pour refroidir au moins une capacité du module de capacités, un second capteur de température disposé sur au moins une capacité du module de capacités et adapté pour mesurer une température réelle de ladite au moins une capacité, le procédé comportant les étapes suivantes : une première étape a1) consistant à activer le chargeur pour charger la batterie haute tension, une deuxième étape a2), consistant à charger la batterie haute tension par le chargeur avec une première puissance de consigne, une troisième étape a3), consistant à mesurer la température d’au moins une capacité représentative de la température de toutes les capacités du module de capacités à l’aide du second capteur de température et à stocker dans une zone mémoire une première température réelle représentative de la température de toutes les capacités du module de capacités, une quatrième étape a4), consistant à attendre une première durée déterminée avant le passage à une cinquième étape a5), la cinquième étape a5), consistant à relever une deuxième température réelle d’au moins une capacité représentative de la température de toutes les capacités du module de capacités, et à stocker la valeur de la deuxième température réelle dans une zone mémoire, une sixième étape a6) consistant à attendre une deuxième durée déterminée avant le passage à une septième étape a7), la septième étape a7), consistant à relever une troisième température réelle d’au moins une capacité représentative de la température de toutes les capacités du module de capacités, et à stocker la troisième température réelle dans une zone mémoire, une huitième étape a8), consistant à calculer une valeur de température finale d’au moins une capacité représentative de la température de toutes les capacités du module de capacités à l’aide d’une première Equation: Equation 1 : Trelcap2 = Trelcap1 + (Tfinalcap-Trelcap1)*exp(-tp1/tau), et d’une deuxième Equation : Equation 2 : Trelcap3 = Trelcap1 + (Tfinalcap-Trelcap1)*exp((-tp1-tp2)/tau), les deux inconnues étant Tfinalcap et tau, la huitième étape a8) consistant en outre à calculer un coefficient de réduction de consigne de puissance à l’aide d’une troisième équation : Equation 3 : Rcons= Tfinalcap/85°C, et à appliquer une nouvelle valeur de première puissance de consigne au chargeur, une neuvième étape a9), consistant à calculer grâce à l’Equation 1, la température correspondant à la température du module de capacités après la durée du temps, et à comparer la valeur de calculée à une valeur de température critique, et dans le cas où la valeur est supérieure alors passer à la troisième étape a3) sinon passer à une dixième étape a10), la dixième étape a10), consistant à attendre une durée d’attente égale à la durée de tau avant de passer à la troisième étape a3). D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La FIG. 1 est une illustration structurelle d’un chargeur de l’art antérieur, La FIG. 2 présente un schéma structurel du chargeur selon l’invention, La FIG. 3 est une illustration du procédé selon l’invention. L’invention sera présentée dans le cas d’une implémentation dans un véhicule électrique comprenant au moins une machine électrique apte à convertir de l’énergie électrique en énergie mécanique afin d’entraîner en rotation au moins une roue du véhicule électrique. En référence à la FIG. 2 , il est représenté un schéma de principe d'un dispositif électronique 100 qui est par exemple un chargeur électrique embarqué 100 selon l’invention. Ledit chargeur électrique embarqué 100 est adapté pour charger la batterie haute tension 600 dédiée par exemple à l’alimentation d’une machine triphasée pour la propulsion d'un véhicule électrique ou hybride. Le chargeur électrique embarqué 100 peut être unidirectionnel ou bidirectionnel. Ce dernier comprend un circuit de filtrage électromagnétique 200 et un circuit correcteur de facteur de puissance 300 nommé « PFC » pouvant être bidirectionnel, ledit circuit correcteur de facteur de puissance 300 comprenant un circuit convertisseur alternatif-continu adapté pour recevoir un courant électrique issu d’un réseau d'alimentation électrique alternatif domestique par exemple. Un module de capacités 400 disposé entre le circuit correcteur de facteur de puissance 300 et un convertisseur continu-continu DC/DC 500 adapté pour charger la batterie haute tension 600. Le module de capacités 400 est aussi nommé par l’homme du métier module « DC LINK ». Comme le sait l’homme de l’art, la charge de la batterie d'alimentation basse tension, non représentée sur la FIG. 2 , est réalisée par la batterie haute tension 600, par un deuxième convertisseur continu-continu connecté entre la batterie haute tension 600 et la batterie d'alimentation basse tension. La charge de la batterie haute tension est réalisée grâce au chargeur électrique embarqué 100 une fois couplé au réseau électrique. Astucieusement, le module de capacités 400 est composé d’un nombre déterminé de capacités par exemple des capacités électrochimiques, adaptées pour accepter une valeur de courant efficace relativement importante lors de la charge de la batterie et pour filtrer suffisamment les ondulations de la tension redressée en sortie du circuit correcteur de facteur de puissance 300 pour que, lesdites ondulations, une fois filtrées, soient compatibles avec les caractéristiques d’entrées du convertisseur continu-continu DC/DC 500. Astucieusement, le dispositif de l’invention propose de contrôler une température réelle d’au moins une capacité nommée Trelcap. Le chargeur embarqué 100 comporte astucieusement un dispositif de refroidissement 800 disposé par exemple sur le module de capacités 400 mais également sur le circuit correcteur de facteur de puissance 300 et sur le convertisseur continu-continu DC/DC 500. Le dispositif de refroidissement 800 comporte par exemple au moins une canalisation adaptée pour laisser circuler un liquide de refroidissement. Le liquide de refroidissement est adapté pour absorber des calories provenant de la chauffe des composants électroniques du circuit correcteur de facteur de puissance 300 et du convertisseur continu-continu DC/DC 500 mais également adapté pour absorber les calories générées par les capacités du module de capacités 400. La fixation mécanique et le couplage thermique entre les différents éléments sont évidents pour l’homme de métier. Avantageusement, un premier capteur de température 900 est disposé au niveau de la canalisation du dispositif de refroidissement 800 permettant des mesures de la température du liquide de refroidissement Tliq. Dans une variante, la température du liquide est donnée par des moyens de mesures disposés sur le circuit de refroidissement du véhicule électrique. Avantageusement, un second capteur de température 910 est disposé sur au moins une capacité du module de capacités 400. En variante, le second capteur de température 910 est disposé sur un packaging du module de capacités 400. Le second capteur de température 910 est adapté pour mesurer la température réelle Trelcap d’au moins une capacité représentative de la température de toutes les capacités du module de capacités 400. Ainsi, grâce au dispositif de l’invention, il est possible de connaître la température en temps réel du module de capacités 400 et en fonction de celle-ci d’activer ou non le chargeur embarqué 100. Le premier capteur de température 900 et le second capteur de température 910 peuvent utiliser une technologie de type thermistance ou en variante une technologie à semi-conducteur. L’invention propose un procédé de contrôle de la température d’au moins une capacité de contrôlant la puissance délivrée par un dispositif électronique 100 en fonction d’une température réelle d’au moins une capacité dudit dispositif électronique 100. Pour ce faire, le procédé de l’invention comporte et comme illustré sur la FIG. 3 dans le cas où le véhicule électrique est couplé à une prise de tension externe et qu’une recharge de la batterie haute tension 600 est nécessaire, une première étape a1) consistant à activer le chargeur 100 pour charger la batterie haute tension 600. Lors d’une deuxième étape a2), la batterie haute tension 600 est chargée par le chargeur 100 avec une première puissance de consigne P1_cons. Par exemple, la première puissance de consigne P1_cons est celle déterminée par le constructeur du véhicule dans le cas d’une charge optimale de la batterie 600. Par exemple, dans le cas d’un chargeur 11kW la première puissance de consigne P1_cons présente une valeur de 11kW. Lors d’une troisième étape a3) le procédé selon l’invention propose de mesurer la température d’au moins une capacité représentative de la température de toutes les capacités du module de capacités 400. Pour ce faire, il est, lors de la troisième étape a3) mesuré la température d’au moins une capacité à l’aide du second capteur de température 910. Ainsi, il est relevé une première température réelle Trelcap1 d’au moins une capacité représentative de la température de toutes les capacités du module de capacités 400. Le procédé propose également lors de cette troisième étape a3) de stocker la première température réelle Trelcap1 dans une zone mémoire. En variante, il est mesuré n valeurs de température d’au moins une capacité à l’aide du second capteur de température, et il est ensuite effectué un calcul de moyenne des valeurs mesurées avant de stocker la valeur moyennée dans une mémoire. Le procédé propose ensuite lors d’une quatrième étape a4) d’attendre une première durée déterminée tp1. Dans un exemple de réalisation, la première durée déterminée tp1 présente une valeur de 30 secondes. Le procédé propose après écoulement du temps de la première durée déterminée tp1 le passage à une cinquième étape a5). La cinquième étape a5) consiste à mesurer la température d’au moins une capacité à l’aide du second capteur de température 910. Ainsi, il est relevé une deuxième température réelle Trelcap2 d’au moins une capacité représentative de la température de toutes les capacités du module de capacités 400. Le procédé propose également lors de cette cinquième étape a5) de stocker la deuxième température réelle Trelcap2 dans une zone mémoire. En variante, il est mesuré n valeurs de température d’au moins une capacité à l’aide du second capteur de température, et il est ensuite effectué un calcul de moyenne des valeurs mesurées avant de stocker la valeur moyennée dans une mémoire. Le procédé propose ensuite lors d’une sixième étape a6) d’attendre une deuxième durée déterminée tp2. Dans un exemple de réalisation, la deuxième durée déterminée tp2 présente une valeur de 30 secondes. Le procédé propose après écoulement du temps de la deuxième durée déterminée tp2 le passage à une septième étape a7). La septième étape a7) consiste à mesurer la température d’au moins une capacité à l’aide du second capteur de température 910. Ainsi, il est relevé une troisième température réelle Trelcap3 d’au moins une capacité représentative de la température de toutes les capacités du module de capacités 400. Le procédé propose également lors de cette septième étape a7) de stocker la troisième température réelle Trelcap3 dans une zone mémoire. En variante, il est mesuré n valeurs de température d’au moins une capacité à l’aide du second capteur de température, et il est ensuite effectué un calcul de moyenne des valeurs mesurées avant de stocker la valeur moyennée dans une mémoire. Lors d’une huitième étape a8), il est calculé la température finale Tfinalcap d’au moins une capacité représentative de la température de toutes les capacités du module de capacités 400. La température finale Tfinalcap représente la température finale stabilisée d’au moins une capacité représentative de la température de toutes les capacités du module de capacités 400 suite à l’application constante de la première puissance de consigne P1_cons. Comme le sait l’homme de l’art, l’évolution de la température d’une capacité sous une puissance constante est de la forme d’une exponentielle croissante de premier ordre. Avantageusement, et grâce aux valeurs de mesures suivantes, première température réelle Trelcap1, première durée déterminée tp1, deuxième température réelle Trelcap2, deuxième durée déterminée tp2, troisième température réelle Trelcap3, il est possible de résoudre le système de deux équations à deux inconnues suivant : Equation 1 : Trelcap2 = Trelcap1 + (Tfinalcap-Trelcap1)*exp(-tp1/tau) Equation 2 : Trelcap3 = Trelcap1 + (Tfinalcap-Trelcap1)*exp((-tp1-tp2)/tau) Les deux inconnues sont Tfinalcap et tau, tau représente la constante de temps thermique du module de capacités 400. La résolution d’un tel système d’équations à 2 inconnues est triviale pour l’homme de l’art et astucieusement pour en simplifier la résolution, il est proposé que la valeur de la deuxième durée déterminée tp2 est un multiple entier de la valeur de la première durée déterminée tp1 ; par exemple, tp1=tp2. Ensuite dans la même huitième étape a8) il est calculé un coefficient de réduction de consigne de puissance nommé dans la suite de la description Rcons. Il est égal à l’équation suivante : Rcons= Tfinalcap/85°C. Dans le cadre de l’invention, il est sélectionné 85°C comme étant la valeur de température critique à ne pas dépasser pour les capacités du module de capacités 400 pour ne pas les détériorer. Astucieusement, le coefficient Rcons est utilisé pour calculer la nouvelle première puissance de consigne P1cons qui permettra de ne pas dépasser la température critique avec une puissance de consigne optimale pour obtenir un temps de charge optimal. Dans le cas où la nouvelle première puissance de consigne P1cons calculée dépasse la valeur de la puissance maximale du chargeur, qui est dans le cas de notre exemple 11kW, il est sélectionné comme nouvelle première puissance de consigne P1cons la valeur de la puissance maximale du chargeur, c’est-à-dire 11kW. Durant cette huitième étape a8) il est appliqué la nouvelle première puissance de consigne P1cons au chargeur. Il est ensuite proposé le passage à une neuvième étape a9). Lors de la neuvième étape a9), il est calculé grâce à l’équation 1 précédente, la température Ttau correspondant à la température du module de capacités 400 après la durée du temps tau. Astucieusement, il est comparé la valeur de Ttau calculée à une valeur de température critique Tcapcrit. Par exemple la valeur Tcapcrit est égale à 85°C. Dans le cas où la valeur de Ttau est supérieure Tcapcrit alors il est proposé de passer à la troisième étape a3) sinon il est proposé de passer à une dixième étape a10). A la dixième étape a10), il est proposé d’attendre une durée d’attente égale à la durée de tau avant de passer à la troisième étape a3). Cette durée d’attente permet d’éviter des mesures et des calculs de la nouvelle première puissance de consigne P1cons d’une manière trop fréquente car la température finale Tfinalcap n’atteindra pas 85°C. Grâce à cette astucieuse invention, le temps de recharge de la batterie est optimisé car il est possible d’estimer la puissance optimale de consigne sans dépasser la température critique des capacités. Procédé pour optimiser la durée de vie d’au moins une capacité d’un module de capacités (400) d’un dispositif électronique (100), ledit dispositif électronique (100) étant adapté pour charger une batterie haute tension (600) d’un véhicule électrique, ledit dispositif comportant un circuit correcteur de facteur de puissance (300), un convertisseur continu-continu DC/DC (500), un dispositif de refroidissement (700) adapté pour refroidir au moins une capacité du module de capacités (400), un second capteur de température (910) disposé sur au moins une capacité du module de capacités (400) et adapté pour mesurer une température réelle de ladite au moins une capacité, le procédé comportant les étapes suivantes : une première étape a1) consistant à activer le chargeur (100) pour charger la batterie haute tension (600), une deuxième étape a2), consistant à charger la batterie haute tension (600) par le chargeur (100) avec une première puissance de consigne (P1_cons), une troisième étape a3), consistant à mesurer la température d’au moins une capacité représentative de la température de toutes les capacités du module de capacités (400) à l’aide du second capteur de température (910) et à stocker dans une zone mémoire une première température réelle (Trelcap1) représentative de la température de toutes les capacités du module de capacités (400), une quatrième étape a4), consistant à attendre une première durée déterminée (tp1) avant le passage à une cinquième étape a5), la cinquième étape a5), consistant à relever une deuxième température réelle (Trelcap2) d’au moins une capacité représentative de la température de toutes les capacités du module de capacités (400), et à stocker la valeur de la deuxième température réelle (Trelcap2) dans une zone mémoire, une sixième étape a6) consistant à attendre une deuxième durée déterminée (tp2) avant le passage à une septième étape a7), la septième étape a7), consistant à relever une troisième température réelle (Trelcap3) d’au moins une capacité représentative de la température de toutes les capacités du module de capacités (400), et à stocker la troisième température réelle (Trelcap3) dans une zone mémoire, une huitième étape a8), consistant à calculer une valeur de température finale (Tfinalcap) d’au moins une capacité représentative de la température de toutes les capacités du module de capacités (400) à l’aide d’une première équation: Equation 1 : Trelcap2 = Trelcap1 + (Tfinalcap-Trelcap1)*exp(-tp1/tau), et d’une deuxième équation : Equation 2 : Trelcap3 = Trelcap1 + (Tfinalcap-Trelcap1)*exp((-tp1-tp2)/tau), les deux inconnues étant Tfinalcap et tau, la huitième étape a8) consistant en outre à calculer un coefficient de réduction de consigne de puissance (Rcons) à l’aide d’une troisième équation : Equation 3 : Rcons= Tfinalcap/85°C, et à appliquer une nouvelle valeur de première puissance de consigne (P1cons) au chargeur (100), une neuvième étape a9), consistant à calculer grâce à l’Equation 1, la température (Ttau) correspondant à la température du module de capacités (400) après la durée du temps (tau), et à comparer la valeur de (Ttau) calculée à une valeur de température critique (Tcapcrit), et dans le cas où la valeur (Ttau) est supérieure (Tcapcrit) alors passer à la troisième étape a3) sinon passer à une dixième étape a10), la dixième étape a10), consistant à attendre une durée d’attente égale à la durée de tau avant de passer à la troisième étape a3).