FR3134434A1 - Method and system for managing the flow of a pump of a cooling system of an electrical machine of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Ce procédé de gestion du débit d’une pompe (1) destinée à faire circuler un liquide de refroidissement diélectrique à l’intérieur d’une machine électrique (2) tournante d’un véhicule automobile comprenant un stator et un rotor, comprend des étapes de : - 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). Figure pour l’abrégé : Fig 1This method of managing the flow rate of a pump (1) intended to circulate a dielectric coolant inside a rotating electrical machine (2) of a motor vehicle comprising a stator and a rotor, comprises steps of: - determination of predefined parameters; - comparison of said predefined parameters with predefined threshold values; - selection of a necessary flow rate value corresponding to the result of the comparison step; - comparison with hysteresis; and - flow management, through a flow setpoint (Flow D). Figure for abstract: Fig 1
Description
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.The present invention relates to the control of a pump of a cooling system of an electrical machine cooled by a dielectric coolant.
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.In the cooling systems of electric traction machines by circulation of oil on the active parts of these electric machines, in particular their windings, a flow of oil sent by a pump makes it possible to evacuate the thermal losses of the machine in such a way that it does not overheat.
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.Generally, oil flow adjustment is done based on the measured temperature of the cooling machine. The flow rate thus varies linearly between a minimum flow value and a maximum flow value corresponding to minimum and maximum extreme operating temperature values respectively of the machine to be cooled. The minimum oil flow also provides a lubrication function.
Cependant, pour chaque système thermodynamique ou électrique il existe un point de fonctionnement optimal qui permet d’atteindre les meilleures performances.However, for each thermodynamic or electrical system there is an optimal operating point which allows the best performance to be achieved.
Par exemple, dans les moteurs thermiques on utilise un thermostat visant une température constante de refroidissement quelque soient les conditions de fonctionnement.For example, in heat engines we use a thermostat aimed at a constant cooling temperature whatever the operating conditions.
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.In electrical machines, controlling the temperature of critical parts of the machine such as the rotor and the stator and controlling the cooling temperature improves the efficiency of the electrical machine and therefore the efficiency of the complete system. The efficiency gains have a positive impact on energy consumption and increased battery life.
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.In view of the above, the invention proposes to control the cooling temperature to ensure better efficiency of the electric machine to be cooled in order to increase the autonomy of the batteries which power it and reduce energy consumption. .
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.In view of the above, the aim of the invention is to propose a method for managing the flow rate of a pump of a cooling system of an oil-cooled electric machine, making it possible to improve the efficiency of the electric machine.
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.The subject of the invention is a method for managing the flow rate of a pump intended to circulate a dielectric coolant inside a rotating electrical machine of a motor vehicle comprising a stator and a rotor.
Le procédé comprend des étapes de :The process includes steps of:
- détermination de paramètres prédéfinis ;determination of predefined parameters;
- comparaison desdits paramètres prédéfinis avec des valeurs de seuil prédéfinies ;comparison of said predefined parameters with predefined threshold values;
- sélection d’une valeur de débit nécessaire correspondant au résultat de l’étape de comparaison;selecting a necessary flow rate value corresponding to the result of the comparison step;
- comparaison avec hystérésis ; etcomparison with hysteresis; And
- gestion de débit, à travers une consigne de débit (Débit D).flow management, through a flow setpoint (Flow D).
Par exemple, le liquide de refroidissement diélectrique est de type huile.For example, dielectric coolant is oil type.
Avantageusement, l’étape de détermination des paramètres prédéfinis comprend une sous-étape de mesure et une sous-étape de calcul desdits paramètres prédéfinis.Advantageously, the step of determining the predefined parameters comprises a measurement sub-step and a sub-step of calculating said predefined parameters.
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.According to one characteristic, the predefined parameters include the temperature of the electrical machine through the temperatures of the coolant, the stator and the rotor.
Selon une autre caractéristique, les paramètres prédéfinis comprennent des pertes estimées de la machine électrique.According to another characteristic, the predefined parameters include estimated losses of the electrical machine.
Par exemple, les valeurs de seuil prédéfinies et utilisées dans les étapes de comparaison comprennent une valeur de seuil de température.For example, the threshold values predefined and used in the comparison steps include a temperature threshold value.
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.Advantageously, the threshold values predefined and used in the comparison steps comprise a loss threshold value and an associated time period value.
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.Taking into account a loss threshold value and an associated time period value makes it possible to anticipate the cooling needs of the electrical machine.
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.For example, the necessary flow rate value selected in the selection step takes one value from two possible values, namely a first minimum flow rate value and a second maximum flow rate value.
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.Advantageously, the comparison step with hysteresis is carried out by imposing a predefined minimum difference between the values compared in the comparison step to authorize the change in value of the setpoint.
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.Using a minimal deviation in the comparison step with hysteresis makes it possible to limit the frequency of setpoint changes and improve the durability of the system.
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.According to another aspect, the subject of the invention is a system for managing the flow rate of a pump intended to circulate a dielectric cooling liquid inside a rotating electrical machine of a motor vehicle comprising a stator and a rotor.
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.The system comprises means for determining predefined parameters, means for comparing said predefined parameters with predefined threshold values, means for selecting a necessary flow rate value corresponding to the result of the comparison step, means for comparing with hysteresis, and flow management means, through a flow setpoint.
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 :Other aims, characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description, given solely by way of non-limiting example, and made with reference to the appended drawings in which:
La
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.This management system is connected on the one hand between the electric machine 2 and an inverter of the power electronics of the electric machine associated with the vehicle's traction battery and, on the other hand, to the pump 1.
Ce système est destiné à assurer la gestion du débit du liquide de refroidissement fourni par la pompe au système de refroidissement.This system is intended to manage the flow of coolant supplied by the pump to the cooling system.
Il comporte un calculateur 3 qui délivre un signal de commande à la pompe en déterminant une consigne de débitDébit Dpour la pompe 1.It includes a computer 3 which delivers a control signal to the pump by determining a flow rate setpoint Flow D for pump 1.
Le calculateur 3 comprend un étage de calcul 11a 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.The calculator 3 includes a stage 11a for calculating the maximum temperature of the electric machine 2 and a stage 11b for calculating the losses of the electric machine 2 which operate in parallel.
La consigne de débitDébit Dest 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.The flow setpoint Flow D is determined by the computer 3 by taking into account several temperature parameters such as the temperatures of the oil, the stator and the rotor of the electric machine 2.
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.The electrical machine 2 is provided with a sensor 5 capable of measuring the temperature of the oil circulating inside the electrical machine 2 and with a probe 6 capable of measuring the temperature of the stator of the electrical machine 2.
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).The software part of the inverter 7 of the power electronics is provided with an estimator 8 of the temperature of the rotor of the electric machine 2. The inverter 7 comprises a phase current sensor 9 and a sensor 10 of the voltage supplied by the battery (not shown).
Le calculateur 3 comprend un premier étage de calcul 11a 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.The computer 3 comprises a first calculation stage 11a capable of determining the maximum temperature Tmax of the electric machine 1, this maximum temperature value being the maximum of the temperature values of the oil, the stator and the rotor of the electric machine 2.
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.The oil temperature is measured by a temperature sensor (not shown) installed in the oil tank, and the stator temperature is measured by a temperature sensor (not shown) installed in the stator winding.
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.The calculator 3 further comprises a comparator 12 capable of comparing the maximum temperature Tmax with a predetermined temperature threshold value Tx.
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.When the maximum temperature Tmax is lower than the temperature threshold value Tx, the computer 3 considers that there is no need to increase the flow rate beyond a minimum flow rate Dmin.
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.When the maximum temperature Tmax is greater than the temperature threshold value Tx, the computer 3 considers that a maximum flow rate 13 is necessary to cool the electrical machine 2. The maximum flow rate is denoted Dmax.
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.In an oil-cooled electric machine, there are three sources of losses, namely Joule losses, mechanical losses and losses in the ferromagnetic parts of the electric machine, namely the stator and rotor yokes. and, where applicable, the permanent magnets of the rotor. Joule effect losses and mechanical losses depend respectively on the winding temperature and the oil temperature in the case of oil injection on a rotor. The temperature threshold value Tx corresponds to the temperature which minimizes Joule effect losses and mechanical losses.
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.The calculator 3 also includes a second stage 11b for calculating the losses of the electrical machine which uses an efficiency calculation model as a function of the phase current, the resistance of the winding and the temperature of the stator and uses it in real time to an estimator 13.
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.The estimator 13 of the losses of the electric machine is used by the calculator 3 to determine whether the load of the electric machine 2 is very high with the possibility of accordingly anticipating the cooling of the electric machine 2, before its maximum temperature Tmax does not exceed the temperature threshold value Tx.
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.Thus, the comparator 12 compares the estimated losses of the machine with a predefined loss threshold value Px and, if the losses of the thermal machine exceed the threshold value Px for a predefined period of time t, the calculator 3 estimates that a maximum flow rate Dmax is necessary to cool the electrical machine 2. The duration of the predefined time period t varies depending on the driving profile of each type of automobile, and is for example shorter for so-called “sporty” driving profiles. who seek to maximize performance in terms of speed or acceleration.
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.When the losses of the electric machine do not exceed the loss threshold value Px during the predefined period of time t and the maximum temperature Tmax of the electric machine 1 is less than the temperature threshold value Tx, the computer 3 estimates that there is no need to increase the flow rate beyond the minimum flow rate Dmin.
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.Conversely, if the losses of the electrical machine 2 exceed the loss threshold value Px during the predefined period of time t or if the maximum temperature Tmax of the electrical machine 2 is greater than the temperature threshold value Tx, then the calculator 3 considers that a maximum flow rate Dmax is necessary to cool the electrical machine 2.
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.The computer 3 is also provided with a comparison stage with hysteresis 14 making it possible to set the flow setpoint D of the pump 1. The comparison stage with hysteresis 14 makes it possible to limit the speed of change between the minimum flow Dmin and the maximum flow rate Dmax, reducing the frequency of flow changes and thus guaranteeing better durability of the system.
On va maintenant décrire en référence à la
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.The method 20 comprises a preliminary step 21 in which the flow rate value is equal to the minimum flow rate value Dmin. The Dmin value is the minimum oil flow value necessary for the proper functioning of the electrical machine 2 by ensuring its lubrication.
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.During the following step 22, the computer 3 determines predefined parameters such as the temperature of the electric machine 2 through the temperatures of the oil, the stator and the rotor and/or the estimated losses of the electric machine 2. The parameter determination step 22 comprises a measurement sub-step 22a and a calculation sub-step 22b of said predefined parameters.
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.The method 20 continues with a step 23 of comparison with predetermined threshold values of the parameters determined in step 22. The predetermined threshold values include a temperature threshold value Tx and/or a loss threshold value Px and an associated time period value t.
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.The method 20 continues with a step 24 of selecting a necessary flow rate value, from two possible values, namely a first minimum flow rate value Dmin and a second maximum flow rate value Dmax.
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.The method 20 further comprises a comparison step with hysteresis 25. The comparison step with hysteresis 25 consists of reducing the frequency of setpoint changes, by imposing a predefined minimum difference between the values compared in step 23 authorizing the change value of the setpoint. Generally speaking, the minimum deviation used in the comparison step with hysteresis depends on the maximum performance of the electric machine, namely the maximum torque and the maximum power. As a non-limiting example, the minimum difference used in the comparison step with hysteresis is of the order of 10°C for the temperature and of the order of 3 kW for the losses.
Le procédé 20 comprend enfin une étape 26 de gestion de débit de la pompe 1, à travers une consigne de débitdébit D.The method 20 finally comprises a step 26 of managing the flow rate of the pump 1, through a flow rate setpoint D.
Claims (10)
- 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).
- determination of predefined parameters;
- comparison of said predefined parameters with predefined threshold values;
- selecting a necessary flow rate value corresponding to the result of the comparison step;
- comparison with hysteresis; And
- flow management, through a flow setpoint (Flow D).
- 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 (Débit D).
- means for determining predefined parameters;
- means for comparing said predefined parameters with predefined threshold values;
- means for selecting a necessary flow rate value corresponding to the result of the comparison step;
- means of comparison with hysteresis; And
- flow management means, through a flow setpoint ( Flow D ).
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