Titre de l'invention : Procédé et système de gestion du débit d’une pompe d’un système de refroidissement d’une machine électrique d’un véhicule automobile

Domaine technique

[0001] La présente invention se rapporte au contrôle d’une pompe d’un système de refroidissement d’une machine électrique refroidie par un liquide de refroidissement diélectrique.

Techniques antérieures

[0002] Dans les systèmes de refroidissement de machines électriques de traction par circulation d’huile sur les parties actives de ces machines électriques, notamment leurs bobinages, un débit d’huile envoyé par une pompe permet d’évacuer les pertes thermiques de la machine de telle sorte que celle-ci ne surchauffe pas.

[0003] Généralement, le réglage du débit d’huile se fait en fonction de la température mesurée de la machine à refroidir. Le débit varie ainsi linéairement entre une valeur de débit minimale et une valeur de débit maximale correspondant à des valeurs de températures de fonctionnement extrêmes minimale et maximale respectivement de la machine à refroidir. Le débit minimal d’huile assure également une fonction de lubrification.

[0004] Cependant, pour chaque système thermodynamique ou électrique il existe un point de fonctionnement optimal qui permet d’atteindre les meilleures performances.

[0005] Par exemple, dans les moteurs thermiques on utilise un thermostat visant une température constante de refroidissement quelque soient les conditions de fonctionnement.

[0006] Dans les machines électriques, la maîtrise de la température des parties critiques de la machine tels que le rotor et le stator et la maîtrise de la température de refroidissement améliorent le rendement de la machine électrique et partant, le rendement du système complet. Les gains de rendement ont un impact positif sur les consommations d’énergie et sur l’autonomie des batteries qui se trouve accrue.

[0007] Au vu de ce qui précède, l’invention se propose de maîtriser la température de refroidissement pour assurer un meilleur rendement de la machine électrique à refroidir afin d’augmenter l’autonomie des batteries qui l’alimentent et faire baisser les consommations d’énergie.

Exposé de l'invention

[0008] Au vu de ce qu’il précède, le but de l’invention est de proposer un procédé de gestion du débit d’une pompe d’un système de refroidissement d’une machine électrique refroidie à l’huile, permettant d’améliorer le rendement de la machine électrique. [0009] L’invention a pour objet un procédé de gestion du débit d’une pompe destinée à faire circuler un liquide de refroidissement diélectrique à l’intérieur d’une machine électrique tournante d’un véhicule automobile comprenant un stator et un rotor.

[0010] Le procédé comprend des étapes de :

[0011] - détermination de paramètres prédéfinis ;

- comparaison desdits paramètres prédéfinis avec des valeurs de seuil prédéfinies ;

- sélection d’une valeur de débit nécessaire correspondant au résultat de l’étape de comparaison;

- comparaison avec hystérésis ; et

- gestion de débit, à travers une consigne de débit (Débit D).

[0012] Par exemple, le liquide de refroidissement diélectrique est de type huile.

[0013] Avantageusement, l’étape de détermination des paramètres prédéfinis comprend une sous-étape de mesure et une sous-étape de calcul desdits paramètres prédéfinis.

[0014] Selon une caractéristique, les paramètres prédéfinis comprennent la température de la machine électrique à travers les températures du liquide de refroidissement, du stator et du rotor.

[0015] Selon une autre caractéristique, les paramètres prédéfinis comprennent des pertes estimées de la machine électrique.

[0016] Par exemple, les valeurs de seuil prédéfinies et utilisées dans les étapes de comparaison comprennent une valeur de seuil de température.

[0017] Avantageusement, les valeurs de seuil prédéfinies et utilisées dans les étapes de comparaison comprennent une valeur de seuil de pertes et une valeur de laps de temps associée.

[0018] La prise en compte d’une valeur de seuil de pertes et d’une valeur de laps de temps associée permet d’anticiper les besoins de refroidissement de la machine électrique.

[0019] Par exemple, la valeur de débit nécessaire sélectionné à l’étape de sélection prend une valeur parmi deux valeurs possibles, à savoir une première valeur de débit minimal et une deuxième valeur de débit maximal.

[0020] Avantageusement, l’étape de comparaison avec hystérésis est effectuée en imposant un écart minimal prédéfini entre les valeurs comparées à l’étape de comparaison pour autoriser le changement de valeur de la consigne.

[0021] L'utilisation d’un écart minimal dans l’étape de comparaison avec hystérésis permet de limiter la fréquence des changements de consigne et d’améliorer la durabilité du système.

[0022] Selon un autre aspect, l’invention a pour objet un système de gestion du débit d’une pompe destinée à faire circuler un liquide de refroidissement diélectrique à l’intérieur d’une machine électrique tournante d’un véhicule automobile comprenant un stator et un rotor.

[0023] Le système comprend des moyens de détermination de paramètres prédéfinis, des moyens de comparaison desdits paramètres prédéfinis avec des valeurs de seuil prédéfinies, des moyens de sélection d’une valeur de débit nécessaire correspondant au résultat de l’étape de comparaison, des moyens de comparaison avec hystérésis, et des moyens de gestion de débit, à travers une consigne de débit.

Brève description des dessins

[0024] D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :

[0025] [Fig.l] illustre schématiquement un système de gestion du débit d’une pompe de circulation d’un liquide de refroidissement ; et

[0026] [Fig.2] illustre un organigramme d’un procédé selon l’invention mis en œuvre au moyen du système de la [Fig.l],

Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation

[0027] La [Fig.l] représente la structure générale d’un système de gestion du débit d’une pompe 1 d’un système de refroidissement (non représenté) d’une machine électrique 2 tournante équipant un véhicule automobile à traction électrique.

[0028] Ce système de gestion est raccordé d’une part entre la machine électrique 2 et un onduleur de l’électronique de puissance de la machine électrique associé à la batterie de traction du véhicule et, d’autre part, à la pompe 1.

[0029] Ce système est destiné à assurer la gestion du débit du liquide de refroidissement fourni par la pompe au système de refroidissement.

[0030] Il comporte un calculateur 3 qui délivre un signal de commande à la pompe en déterminant une consigne de débit Débit D pour la pompe 1.

[0031] Le calculateur 3 comprend un étage de calcul 1 la de la température maximale de la machine électrique 2 et un étage de calcul 11b des pertes de la machine électrique 2 qui fonctionnent en parallèle.

[0032] La consigne de débit Débit D est déterminée par le calculateur 3 en prenant en compte plusieurs paramètres de température tels que les températures de l’huile, du stator et du rotor de la machine électrique 2.

[0033] La machine électrique 2 est munie d’un capteur 5 apte à mesurer la température de l’huile circulant à l’intérieur de la machine électrique 2 et d’une sonde 6 apte à mesurer la température du stator de la machine électrique 2.

[0034] La partie logicielle de l’onduleur 7 de l’électronique de puissance est munie d’un estimateur 8 de la température du rotor de la machine électrique 2. L’onduleur 7 comprend un capteur 9 de courant de phase et un capteur 10 de la tension fournie par la batterie (non représentée).

[0035] Le calculateur 3 comprend un premier étage de calcul l ia apte à déterminer la température maximale Tmax, de la machine électrique 1, cette valeur de température maximale étant le maximum des valeurs de température de l’huile, du stator et du rotor de la machine électrique 2.

[0036] La température de l’huile est mesurée par un capteur de température (non représenté) installé dans la bâche à huile, et la température du stator est mesurée par une sonde de température (non représentée) installée dans le bobinage du stator.

[0037] Le calculateur 3 comporte en outre un comparateur 12 apte à comparer la température maximale Tmax avec une valeur de seuil de température Tx prédéterminée.

[0038] Lorsque la température maximale Tmax est inférieure à la valeur de seuil de température Tx, le calculateur 3 estime qu’il n’y a pas lieu d’augmenter le débit au-delà d’un débit minimal Dmin.

[0039] Lorsque la température maximale Tmax est supérieure à la valeur de seuil de température Tx, le calculateur 3 considère qu’un débit maximal 13 est nécessaire pour refroidir la machine électrique 2. Le débit maximal est noté Dmax.

[0040] Dans une machine électrique refroidie à l’huile, il existe trois sources de pertes, à savoir des pertes par effet de Joule, des pertes mécaniques et des pertes dans les parties ferromagnétiques de la machine électrique, à savoir les culasses du stator et du rotor et, le cas échéant, les aimants permanents du rotor. Les pertes par effet de Joule et les pertes mécaniques dépendent respectivement de la température du bobinage et de la température de l’huile dans le cas d’injection d’huile sur un rotor. La valeur de seuil de température Tx correspond à la température qui minimise les pertes par effet de Joule et les pertes mécaniques.

[0041] Le calculateur 3 comporte par ailleurs un deuxième étage 11b de calcul des pertes de la machine électrique qui utilise un modèle de calcul de rendement en fonction du courant de phase, de la résistance du bobinage et de la température du stator et fait appel en temps réel à un estimateur 13.

[0042] L’estimateur 13 des pertes de la machine électrique est utilisé par le calculateur 3 pour déterminer si la charge de la machine électrique 2 est très importante avec la possibilité d’anticiper en conséquence le refroidissement de la machine électrique 2, avant que sa température maximale Tmax ne dépasse la valeur de seuil de température Tx.

[0043] Ainsi, le comparateur 12 compare les pertes estimées de la machine avec une valeur de seuil de pertes prédéfinies Px et, si les pertes de la machine thermique dépassent la valeur de seuil Px pendant un laps de temps t prédéfini, le calculateur 3 estime qu’un débit maximal Dmax est nécessaire pour refroidir la machine électrique 2. La durée du laps de temps t prédéfini varie en fonction du profil de conduite de chaque type d’automobile, et est par exemple plus court pour des profils de conduite dits « sportifs » qui cherchent à maximiser les performances en termes de vitesse ou d’accélération.

[0044] Lorsque les pertes de la machine électrique ne dépassent pas la valeur de seuil de pertes Px pendant le laps de temps t prédéfini et que la température maximale Tmax de la machine électrique 1 est inférieure à la valeur de seuil de température Tx, le calculateur 3 estime qu’il n’y a pas lieu d’augmenter le débit au-delà du débit minimal Dmin.

[0045] Inversement, si les pertes de la machine électrique 2 dépassent la valeur de seuil de pertes Px pendant le laps de temps t prédéfini ou si la température maximale Tmax de la machine électrique 2 est supérieure à la valeur de seuil de température Tx, alors le calculateur 3 considère qu’un débit maximal Dmax est nécessaire pour refroidir la machine électrique 2.

[0046] Le calculateur 3 est par ailleurs muni d’un étage de comparaison avec hystérésis 14 permettant de fixer la consigne de débit D de la pompe 1. L’étage de comparaison avec hystérésis 14 permet de limiter la vitesse de changement entre le débit minimal Dmin et le débit maximal Dmax, en diminuant la fréquence des changements de débit et garantissant ainsi une meilleure durabilité du système.

[0047] On va maintenant décrire en référence à la [Fig.2] un procédé 20 de gestion du débit d’une pompe 1 destinée à refroidir une machine électrique tel que décrit précédemment.

[0048] Le procédé 20 comprend une étape préalable 21 dans laquelle la valeur du débit est égale à la valeur minimale de débit Dmin. La valeur Dmin est la valeur minimale de débit d’huile nécessaire permettant le bon fonctionnement de la machine électrique 2 en assurant sa lubrification.

[0049] Lors de l’étape 22 suivante, le calculateur 3 détermine des paramètres prédéfinis tels que la température de la machine électrique 2 à travers les températures de l’huile, du stator et du rotor et/ou les pertes estimées de la machine électrique 2. L’étape 22 de détermination de paramètres comprend une sous-étape de mesure 22a et une sous-étape de calcul 22b desdits paramètres prédéfinis.

[0050] Le procédé 20 se poursuit avec une étape 23 de comparaison à des valeurs de seuil prédéterminées des paramètres déterminés à l’étape 22. Les valeurs de seuil prédéterminées comprennent une valeur de seuil de température Tx et/ou une valeur de seuil de pertes Px et une valeur de laps de temps t associée.

[0051] Le procédé 20 se poursuit avec une étape 24 de sélection d’une valeur de débit nécessaire, parmi deux valeurs possibles, à savoir une première valeur de débit minimal Dmin et une deuxième valeur de débit maximal Dmax.

[0052] Le procédé 20 comprend en outre une étape de comparaison avec hystérésis 25. L’étape de comparaison avec hystérésis 25 consiste à diminuer la fréquence des changements de consigne, en imposant un écart minimal prédéfini entre les valeurs comparées à l’étape 23 autorisant le changement de valeur de la consigne. De manière générale, l’écart minimal utilisé dans l’étape de comparaison avec hystérésis, dépend des performances maximales de la machine électrique, à savoir le couple maximal et la puissance maximale. A titre d’exemple nullement limitatif, l’écart minimal utilisé dans l’étape de comparaison avec hystérésis est de l’ordre de 10°C pour la température et de l’ordre de 3 kW pour les pertes.

[0053] Le procédé 20 comprend enfin une étape 26 de gestion de débit de la pompe 1, à travers une consigne de débit débit D.