FR2940196A1

FR2940196A1 - Dispositif et procede de refroidissement d'un organe thermique de vehicule automobile

Info

Publication number: FR2940196A1
Application number: FR0858913A
Authority: FR
Inventors: Aicha Fedh Ben; Karim Bencherif
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-06-25
Anticipated expiration: 2028-12-22
Also published as: US20120129066A1; FR2940196B1; EP2368027A1; WO2010072933A1; JP2012513654A

Abstract

Le dispositif de refroidissement 1 comprend un circuit de refroidissement principal 2 apte à réguler la température d'un organe thermique 4, un circuit de refroidissement secondaire 3 comprenant un premier ensemble 9 d'au moins deux échangeurs de chaleur (10, 11) montés en parallèle, et un moyen de couplage thermique 5 entre le circuit de refroidissement principal 2 et le circuit de refroidissement secondaire 3. Le dispositif de refroidissement 1 comporte en outre un capteur de température 13 monté en série sur le circuit de refroidissement secondaire 3 et en aval du premier ensemble 9, et une unité de contrôle comprenant un premier moyen capable d'estimer avec un observateur d'état, la température de sortie de chaque échangeur de chaleur du premier ensemble à partir de la température d'entrée du fluide caloporteur en entrée de chaque échangeur de chaleur du premier ensemble et des grandeurs mesurées par le capteur de température 13.

Description

B07-3549FR - GBO

Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Dispositif et procédé de refroidissement d'un organe thermique de véhicule automobile Invention de : BEN-AICHA Fehd BENCHERIF Karim

Dispositif et procédé de refroidissement d'un organe thermique de véhicule automobile L'invention concerne les organes thermiques pour véhicule automobile et, plus particulièrement, les dispositifs de refroidissement pour de tels organes. Une application particulièrement intéressante de l'invention concerne le refroidissement des systèmes de pile à combustible, notamment ceux comprenant un dispositif de reformage intégré servant à produire de l'hydrogène pour la pile. Les piles à combustibles sont en effet destinées à produire de l'énergie électrique à partir d'une réaction d'oxydation de l'hydrogène à l'anode et d'une réaction de réduction de l'oxygène à la cathode. La réaction globale s'écrit : 2 Oz + H2 H2O + Electricité + Chaleur. Ainsi, dans un système de pile à combustible, de l'énergie chimique est transformée en énergie électrique. Les réactions mises en oeuvre au sein de la pile produisent en outre de la chaleur qu'il est nécessaire d'évacuer afin d'assurer le bon fonctionnement de la pile, d'augmenter sa durée de vie et d'améliorer le rendement global du système. Dans un système de pile à combustible pourvu d'un reformeur embarqué, la quantité de chaleur dégagée par les réactions chimiques est importante. Elle est de l'ordre de 60 kW pour une pile ayant une puissance de l'ordre de 75 kW. Le niveau de température de fonctionnement nominal du système de pile à combustible est relativement bas, ce qui rend la régulation thermique du système relativement difficile à réaliser. Par ailleurs, l'eau constitue l'un des réactifs principaux des réactions mises en oeuvre dans le reformeur. Pour fournir la quantité d'eau nécessaire, des condenseurs et des séparateurs sont répartis le long du trajet des gaz de rejet du module de puissance, afin de récupérer, par refroidissement, l'eau produite par la pile à combustible. Cependant, cela augmente encore la quantité de chaleur à évacuer. En ce qui concerne les moteurs à combustion interne, on estime à environ un tiers l'énergie devant être dissipée par le circuit de refroidissement. En outre, il est également nécessaire de refroidir l'huile du moteur, ainsi que des circuits annexes tels que ceux électriques. Des circuits de refroidissement sont par exemple décrits dans les demandes GB 2 409 763 et US 2005/0227125.

Les dispositifs conventionnels de refroidissement pour pile à combustible ou moteur à combustion interne de véhicule automobile peuvent comprendre deux circuits de refroidissement, à savoir un circuit de refroidissement principal servant à refroidir la pile ou le moteur à combustion interne, et un circuit de refroidissement secondaire en relation d'échange thermique avec le circuit de refroidissement principal par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur. Dans ce type de dispositif de refroidissement, le circuit de refroidissement secondaire comprend d'autres échangeurs thermiques afin d'évacuer l'énergie thermique récupérée du système de traction ou bien pour apporter de l'énergie thermique. Toutefois, la gestion des différents échanges d'énergie thermique nécessite l'utilisation de nombreux capteurs de température. Le but de l'invention est donc de pallier cet inconvénient.

Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de refroidissement pour organe thermique de véhicule automobile permettant également de diagnostiquer d'éventuelles pannes. L'invention a donc pour objet, selon un premier aspect, un dispositif de refroidissement pour un organe thermique, notamment utilisé dans un système de traction de véhicule automobile, comprenant un circuit de refroidissement principal apte à réguler la température de l'organe thermique, un circuit de refroidissement secondaire comprenant un premier ensemble d'au moins deux échangeurs de chaleur montés en parallèle, et un moyen de couplage thermique entre le circuit de refroidissement principal et le circuit de refroidissement secondaire. Le dispositif de refroidissement comporte en outre un capteur de température monté en série sur le circuit de refroidissement secondaire et en aval du premier ensemble, et une unité de contrôle comprenant un premier moyen capable d'estimer avec un observateur d'état, par exemple un observateur d'état à grand gain, la température de sortie de chaque échangeur de chaleur du premier ensemble à partir de la température d'entrée du fluide caloporteur en entrée de chaque échangeur de chaleur du premier ensemble et des grandeurs mesurées par le capteur de température. On peut ainsi déterminer la température en différents points du dispositif de refroidissement, et en particulier au niveau des échangeurs de chaleur du premier ensemble, tout en limitant le nombre de capteurs au sein du dispositif.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit de refroidissement secondaire peut comprendre une dérivation dont une extrémité est montée en aval du capteur de température et en amont du moyen de contact thermique, et dont l'autre extrémité est montée en aval du premier ensemble d'échangeurs de chaleur et en amont du capteur de température, la dérivation comprenant un deuxième ensemble d'au moins deux échangeurs de chaleur montés en parallèle. Dans ce cas, le premier moyen peut être en outre capable d'estimer avec un observateur d'état, par exemple un observateur d'état à grand gain, la température de sortie de chaque échangeur de chaleur du deuxième ensemble à partir de la température d'entrée du fluide caloporteur en entrée de chaque échangeur de chaleur du deuxième ensemble et des grandeurs mesurées par le capteur de température. Ainsi, le premier moyen de l'unité de contrôle électronique peut être utilisé à la fois pour déterminer les températures de sortie des échangeurs de chaleur du premier ensemble et du deuxième ensemble.

Le circuit de refroidissement secondaire peut comprendre en outre des premier et deuxième radiateurs associés respectivement aux premier et deuxième ensembles d'échangeurs. Dans ce cas, le dispositif de refroidissement peut comporter en outre des moyens réglables pour court-circuiter les premier et deuxième radiateurs et l'unité de contrôle peut comprendre également un troisième moyen pour piloter les moyens réglables pour court-circuiter les premier et deuxième radiateurs. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de contrôle comprend un deuxième moyen capable de déterminer la température d'entrée du fluide caloporteur en entrée de chaque échangeur de chaleur, à partir des grandeurs mesurées par le capteur de température. En particulier, à partir des équations de fonctionnement des échangeurs de chaleur, et à partir d'autres grandeurs du système, le deuxième moyen peut déterminer la température du fluide caloporteur en entrée de chaque échangeur, ce qui permet de diminuer le nombre de capteurs de température dans le dispositif. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif de refroidissement peut comprendre en outre des capteurs de température capables de mesurer la température d'entrée du fluide caloporteur en entrée de chaque ensemble d'échangeurs de chaleur, et l'unité de contrôle peut comprendre un quatrième moyen capable de surveiller le débit de fluide caloporteur circulant dans les premier et deuxième radiateurs, à partir des grandeurs mesurées par les capteurs de température. Dans ce cas, les équations de fonctionnement des échangeurs de chaleur ne sont plus utilisées pour déterminer la température du fluide caloporteur en entrée des échangeurs de chaleur, mais sont utilisées pour évaluer le débit de fluide caloporteur circulant dans les radiateurs, et permettre ainsi de diagnostiquer une panne. Dans un mode de réalisation, l'organe thermique comprend une pile à combustible et le moyen de contact thermique est un échangeur de chaleur disposé entre le circuit de refroidissement principal et le circuit de refroidissement secondaire.

Dans ce cas, le deuxième ensemble d'échangeurs peut permettre de réguler la température des gaz en sortie de la pile à combustible et le troisième moyen est capable de piloter les moyens réglables pour court-circuiter le deuxième radiateur, selon le bilan d'eau consommé par la pile à combustible et récupérée par le dispositif de refroidissement. L'invention a également pour objet, selon un deuxième aspect, un procédé de commande d'un dispositif de refroidissement d'un organe thermique, notamment utilisé dans un système de traction de véhicule automobile, comprenant un circuit de refroidissement principal apte à réguler la température de l'organe thermique, un circuit de refroidissement secondaire comprenant un premier ensemble d'au moins deux échangeurs de chaleur montés en parallèle, et un moyen de couplage thermique entre le circuit de refroidissement principal et le circuit de refroidissement secondaire. En particulier, selon le procédé : - on mesure la température du fluide caloporteur en aval du premier ensemble d'échangeurs de chaleur, - on détermine la température du fluide caloporteur du circuit secondaire en entrée des échangeurs de chaleur, et - on estime avec un observateur d'état, par exemple un observateur d'état à grand gain, la température de sortie de chacun des échangeurs de chaleur, à partir de la température d'entrée du fluide caloporteur en entrée des échangeurs de chaleur et de la température mesurée du fluide caloporteur. 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 : - la figure 1 illustre l'architecture générale d'un organe thermique et de son dispositif de refroidissement ; - la figure 2 est un schéma synoptique illustrant l'architecture des moyens de détermination de la température en différents points du circuit secondaire du dispositif de refroidissement selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est un schéma illustrant la mise en oeuvre du procédé de surveillance du circuit de refroidissement secondaire selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. On a représenté sur la figure 1, l'architecture générale d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de refroidissement 1 conforme à l'invention et capable, d'une part, de refroidir efficacement un organe thermique, par exemple le système de traction du véhicule automobile, et d'autre part, d'apporter ou de récupérer de l'énergie thermique à différents éléments ou fluides circulant dans le véhicule. Le dispositif de refroidissement 1 visible sur la figure 1 comporte à cet égard un circuit principal 2 et un circuit secondaire 3. En particulier, l'organe thermique 4 du véhicule automobile est placé sur le circuit principal 2. Le dispositif de refroidissement 1 est en outre pourvu d'un échangeur de chaleur 5 assurant un couplage thermique entre le circuit principal 2 et le circuit secondaire 3. En ce qui concerne le circuit principal 2, celui-ci comporte essentiellement une boucle dans laquelle circule un fluide caloporteur, sur laquelle est placé l'échangeur 5 et l'organe thermique 4. Le circuit principal 2 comprend également une pompe 6 permettant de faire circuler le fluide caloporteur, et un capteur de température 7 capable de mesurer la température Tl du fluide caloporteur du circuit principal 2 en aval de l'organe thermique 4. Le circuit secondaire 3, quant à lui, comporte une boucle contenant également un fluide caloporteur et couplée thermiquement à la boucle du circuit principal 2 par l'intermédiaire de l'échangeur 5. En considérant la circulation du fluide caloporteur dans la boucle du circuit secondaire 3, celle-ci comporte un premier radiateur 8. Le premier radiateur 8 est un radiateur à haute température et est placé en aval de l'échangeur 5. Le premier radiateur 8 sert notamment à évacuer l'énergie thermique prélevée par l'échangeur de chaleur 5 sur le liquide caloporteur circulant dans la boucle du circuit principal 2. La boucle du circuit secondaire 3 comprend également, en aval du premier radiateur 8, un premier ensemble 9 d'échangeurs de chaleur 10, 11 disposés en parallèle et assurant la régulation d'éléments ou de fluides circulant dans le véhicule automobile. Le circuit secondaire 3 comprend enfin une pompe 12 et est rebouclé sur l'entrée de l'échangeur de chaleur 5. La pompe 12 permet de faire circuler le fluide caloporteur du circuit secondaire 3. Un capteur de température 13 capable de mesurer la température du fluide caloporteur du circuit secondaire 3 est monté en amont de la pompe 12 et en aval du premier ensemble 9. Le circuit secondaire 3 comporte par ailleurs une dérivation 14 utilisée pour refroidir d'autres éléments ou fluides circulant dans le véhicule. L'entrée de la dérivation 14 est montée en amont de l'échangeur de chaleur 5 et en aval de la pompe 12, tandis que la sortie de la dérivation 14 est montée en aval du premier ensemble 9 et en amont du capteur de température 13. La dérivation 14 comporte un deuxième radiateur 15. Le deuxième radiateur 15 est un radiateur à basse température. En particulier, le fluide caloporteur circulant dans le deuxième radiateur 15 n'a pas traversé l'échangeur de chaleur 5 : le deuxième radiateur permet donc de récupérer de l'énergie thermique d'autres éléments ou fluides du véhicule automobile. La dérivation 14 comprend également, en aval du deuxième radiateur 15, un deuxième ensemble 16 d'échangeurs de chaleur 17, 18 disposés en parallèle et assurant la régulation d'éléments ou de fluides circulant dans le véhicule automobile. Les premier et deuxième radiateurs 8, 15 sont pourvus de premier et deuxième moyens réglables disposés respectivement en parallèle des premier et deuxième radiateurs 8, 15 afin de les court-circuiter. Plus particulièrement, ces premier et deuxième moyens réglables comprennent respectivement une première vanne 19 montée sur une première conduite de dérivation 20, et une deuxième vanne 21 montée sur une deuxième conduite de dérivation 22. L'échangeur de chaleur 5, en particulier au niveau du circuit secondaire 3, est pourvu d'un troisième moyen réglable pour court- circuiter l'échangeur 5. Le troisième moyen réglable est constitué par une troisième vanne 23 montée sur une troisième conduite de dérivation 24. La troisième vanne 23 et la troisième conduite de dérivation 24 sur laquelle elle est montée, sont utilisées afin de permettre le découplage du contrôle du circuit principal 2 de celui du circuit secondaire 3. Plus particulièrement, le troisième moyen réglable permet de réguler la température de l'organe thermique 4 sans être perturbé par le circuit secondaire 3. Par ailleurs, les première et deuxième vannes 19, 21, ainsi que les première et deuxième conduites de dérivation 20 et 22 sur lesquelles elles sont montées, sont utilisées pour asservir la température des échangeurs de chaleurs 10, 11, 17, 18. Selon le type de l'organe thermique 4 du véhicule automobile, les échangeurs 10, 1l, 17, 18 vont permettre de réguler la température d'éléments ou de fluides différents. Ainsi, lorsque l'organe thermique 4 du véhicule automobile comprend un moteur à combustion interne, les échangeurs 10, 11 peuvent être utilisés pour réguler, par exemple, la température de la boîte de vitesse automatique ou la température de l'huile du moteur, tandis que les échangeurs 17, 18 peuvent être utilisés pour réguler la température de l'électronique de puissance ou la température d'un circuit d'air. Dans le cas où l'organe thermique 4 du véhicule automobile comprend une pile à combustible, les échangeurs 10, 11 peuvent être utilisés pour réguler la température des gaz alimentant la pile à combustible, en particulier pour chauffer les gaz d'entrée de la pile à combustible de manière à ce qu'ils présentent une température proche de celle de fonctionnement de la pile à combustible. Par ailleurs, les échangeurs 17, 18 peuvent être utilisés quant à eux, pour refroidir les gaz de sortie, ou de rejet, de la pile à combustible et ainsi récupérer l'eau produite par la pile à combustible et présente sous forme de vapeur dans les gaz de sortie. Ainsi, la condensation de l'eau produite par la pile à combustible et contenue dans les gaz de rejet permet d'obtenir un bilan d'eau au niveau du véhicule automobile plus avantageux. On considère, dans la suite de la description, que l'organe thermique 4 comprend une pile à combustible. Le dispositif de refroidissement 1, et en particulier les vannes 19, 21 et 23, sont contrôlées par une unité de contrôle électronique embarquée 25, dont la structure générale est illustrée à la figure 2. L'unité de contrôle électronique 25 reçoit, en entrée, des signaux de mesure des principaux éléments du dispositif de refroidissement 1. Ainsi l'unité de contrôle électronique 25 reçoit un signal Tl du capteur de température 7 qui mesure la température du fluide caloporteur en sortie de l'organe thermique, et un signal T2 du capteur de température 13 qui mesure la température du fluide caloporteur du circuit secondaire 3, en aval des premier et deuxième ensembles 9, 16. L'unité de contrôle reçoit également d'autres signaux provenant d'éléments extérieurs au dispositif de refroidissement 1, par exemple des signaux indiquant la température d'autres éléments ou fluides circulant dans le véhicule automobile et non représentés. Les signaux Tl, T2 sont délivrés à un deuxième moyen 26 qui permet de déterminer, à partir desdits signaux Tl et T2, et d'autres signaux provenant d'éléments extérieurs, la température du fluide caloporteur en entrée du premier ensemble 9 et du deuxième ensemble 16, c'est-à-dire la température du fluide caloporteur en entrée de chaque échangeur de chaleur 10, 11, 17 et 18. Pour cela, le deuxième moyen 26 suppose que la température du fluide caloporteur du circuit secondaire 3 reste environ constante entre l'entrée et la sortie de la pompe 12. Pour déterminer la température du fluide caloporteur en entrée du premier ensemble 9, le deuxième moyen 26 détermine dans un premier temps la température du fluide caloporteur en sortie de l'échangeur 5. I1 utilise pour cela les signaux T2 et Tl, ainsi que les équations du modèle de l'échangeur 5 en statique. Le deuxième moyen 26 peut ainsi en déduire la température du fluide en sortie de l'échangeur 5.

Dans un second temps, le deuxième moyen 26 détermine la température du fluide en sortie du premier radiateur 8, à partir notamment des cartographies du premier radiateur 8 et des températures d'entrée et de sortie du deuxième fluide (non-représenté) circulant dans le premier radiateur, par exemple de l'air. Le deuxième moyen 26 peut ainsi délivrer en sortie la température du fluide caloporteur en entrée du premier ensemble 9.

Plus particulièrement, le deuxième moyen 26 peut utiliser un modèle (1) du type : TOUT IN OUT IN ~fc8 ù (Qair'Qfc8'air 'air '~fc8~ dans laquelle :

- Qair représente le débit d'air traversant le radiateur 8 ;

Qfc8 représente le débit de fluide caloporteur traversant le radiateur 8 ; Tf°gT représente la température du fluide caloporteur en sortie du radiateur 8 ; Tfg représente la température du fluide caloporteur en entrée du radiateur 8 qui est déterminée par le deuxième

moyen 26 en fonction des équations du modèle de l'échangeur 5 en statique ; T aliN est la température de l'air entrant dans le radiateur 8 ;

T °UT est la température de l'air sortant du radiateur 8. Pour déterminer la température du fluide caloporteur en entrée

du deuxième ensemble 16, le deuxième moyen 26 détermine la

température du fluide en sortie du deuxième radiateur 15, à partir

30 notamment des cartographies du deuxième radiateur 15 (de manière analogue au premier radiateur 8). Le deuxième moyen 26 peut ainsi délivrer en sortie la température du fluide caloporteur en entrée du deuxième ensemble 16. (1) 25 Les signaux déterminés par le deuxième moyen 26 sont transmis alors au premier moyen 27. Celui-ci reçoit également les signaux T2 du capteur de température 13. Le premier moyen 27 permet d'estimer la température de sortie du fluide caloporteur circulant dans chaque échangeur de chaleur 10, 11, 17 et 18. En particulier, le deuxième moyen 27 utilise les équations dynamiques des échangeurs de chaleur qui s'écrivent sous la forme vectorielle suivante Ti =Ai •T+u, •Bi •Ti +u, •b+v, (2)

(3) dans lesquelles : - Ti représente le vecteur de température de l'échangeur i (i=10, 11, 17, 18) : Tf Z Ti = T. Tpi 15 où Tfai représente la température du fluide caloporteur circulant dans l'échangeur i, Tgi représente la température du gaz qui circule dans l'échangeur i et dont la température est régulée par l'échangeur i, et Tpi représente la température des parois de l'échangeur i; - Ti représente la variation par rapport au temps du vecteur de température Ti ; - TfeN et TffUT représentent respectivement les températures d'entrée et de sortie du fluide caloporteur circulant dans l'échangeur i ; - A; et B; représentent des matrices caractéristiques de l'échangeur i et dépendant du débit du gaz qui circule dans l'échangeur i et dont la température est régulée par l'échangeur i ; - v; représente le vecteur TOUT =c.T _TIN fco ~ fco

20 25 vi =s 13 T IN fci T IN gi 0 où c dépend du débit du gaz qui circule dans l'échangeur i et dont la température est régulée par l'échangeur i ; - b représente un vecteur caractéristique de l'échangeur i ; - C représente le vecteur : C= [1 0 0] ; et - u; représente le débit du fluide caloporteur circulant dans l'échangeur i. Les températures Tf o et T 1 d'entrée du fluide caloporteur dans les échangeurs 10 et 11 sont égales à la température fluide caloporteur en sortie du radiateur 8, Tf°gT étant déterminée par le deuxième moyen 26. Par ailleurs, les températures de sortie des fluides caloporteurs circulant dans les différents échangeurs sont reliées par la formule : n .TOUT +Q .TOUT +Q .TOUT +Q .TOUT T 2 = fclo fclo fcl l fcl l fc17 fc17 fc18 fc18 (4) Qfclo + Qfcl l + Qfc17 + Qfc18 du T OUT fc8 dans laquelle : T OUT fci et Qfci représentent respectivement la température de sortie et le débit de sortie du fluide caloporteur circulant dans l'échangeur i. Ainsi, à partir de ces différentes équations, de la température d'entrée du fluide caloporteur circulant dans les échangeurs 10, 11, 17, 18 déterminées par le deuxième moyen 26, et à partir des signaux T2 du capteur de température 13, le premier moyen 27 peut utiliser un observateur d'état, de préférence à grain gain, pour estimer la température de sortie Tf°UT du fluide caloporteur circulant dans chaque échangeur du premier ensemble 9 et du deuxième ensemble 16. Plus particulièrement, l'observateur d'état permet d'estimer, à partir du modèle d'un échangeur de chaleur, le vecteur de température Ti de l'échangeur i, et en particulier la température de sortie Tf°UT du fluide caloporteur. En comparant les valeurs obtenues avec la valeur mesurée T2, le premier moyen 27 peut corriger le modèle et affiner ainsi la valeur du vecteur de température Ti estimé.

On peut ainsi estimer la température de sortie de chaque échangeur de chaleur 10, 11, 17, 18 tout en limitant le nombre de capteurs de température dans le dispositif de refroidissement.

Les températures estimées par le premier moyen 27 sont alors délivrées à un troisième moyen 28 capable de contrôler les vannes 19, 21 et 23 des différents moyens réglables de court-circuit, notamment en calculant les pourcentages d'ouvertures a19, a2l desdites vannes.

Les signaux a19, a2l permettent de commander la fraction de débit qui doit passer par les radiateurs 8 et 15 respectivement.

Ainsi, le troisième moyen 28 permet d'adapter la circulation du fluide caloporteur dans le circuit secondaire 3 afin d'y améliorer les échanges de chaleur.

Selon un mode de réalisation, le troisième moyen 28 peut également être utilisé pour contrôler le bilan d'eau, notamment en déterminant l'eau récupérée par les échangeurs 17, 18 dans les gaz de rejet de la pile à combustible.

Le bilan d'eau pendant une période T est donné par la relation suivante : T/ B=f L Q~-Q2't (5) péchangeur E dans laquelle désigne le débit d'eau condensée dans l'échangeur de chaleur i et Q2 est le débit d'eau consommée par le reformeur. Plus

particulièrement, le débit d'eau condensée dans l'échangeur de chaleur i peut être calculée à partir de l'équation :

Q~ = f (QIN (vapeur); PIN (gaz); T IN (gaz); T (gaz)) (6) dans laquelle :

- Q,IN(vapeur) est le débit de vapeur en entrée de l'échangeur i; - P,TN(gaz) est la pression des gaz en entrée de l'échangeur i ;

- T,TN(gaz) est la température des gaz en entrée de l'échangeur i; - Ti(gaz) est la température moyenne des gaz au niveau de l'échangeur i ; Par ailleurs, le débit Q2 d'eau consommée par le reformeur peut être calculée par la formule Q2 x S PCI I = PCI fiez C Hz Ra ' Ncett 2.F dans laquelle : - F est la constante de Faraday ; - Nceii est le nombre de cellules de la pile à combustible ; - ri est le rendement du reformeur ; 10 - le rapport S/C représente le débit d'au sur débit de carbone ; - I est le courant électrique délivré par la pile à combustible ; - Ra est la stoechiométrie anodique ; - PCIf1el représente le pouvoir calorifique inférieur du carburant entrant dans le reformeur ; 15 - PCIH2 représente le pouvoir calorifique inférieur de l'hydrogène sortant du reformeur ; - x est la proportion de carbone dans le carburant alimentant le reformeur (de formule CXHyOz). Le calcul de B permet ainsi d'éviter l'ajout d'un capteur 20 supplémentaire pour détecter le niveau d'eau en aval du reformeur. De plus, en comparant la valeur de B à un seuil prédéfini, il est également possible de faire un diagnostique sur la consommation en eau de la pile à combustible et sur la capacité du réservoir d'eau. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le 25 dispositif de refroidissement peut comprendre également deux capteurs de température supplémentaires capables de mesurer la température du fluide caloporteur en entrée du premier ensemble 9 et en entrée du deuxième ensemble 16. Dans ce cas, l'unité de contrôle électronique 25 ne comprend plus de deuxième moyen 26 pour déterminer la 30 température du fluide caloporteur en entrée du premier ensemble 9 et du deuxième ensemble 16 : le premier moyen 27 reçoit directement les grandeurs mesurées par le capteur de température 13 et par les (7) capteurs de température du fluide caloporteur en entrée des premier et deuxième ensembles. Dans ce mode de réalisation, l'unité de contrôle électronique peut cependant également comprendre un quatrième moyen (non- représenté) pour diagnostiquer une panne d'une vanne réglable. Plus particulièrement, le quatrième moyen utilise les modèles des radiateurs 8, 15 et/ou le modèle de l'échangeur de chaleur 5 pour déterminer le débit du fluide caloporteur traversant ledit radiateur 8, 15 ou échangeur de chaleur 5, et ainsi diagnostiquer, par comparaison avec les signaux a19, a21, a23 de commande des vannes 19, 21, 23, une éventuelle panne d'une desdites vannes 19, 21, 23. Par exemple, en inversant l'équation (1) du modèle du radiateur 8, et en connaissant la température TfcgouT de sortie du radiateur 8 (mesurée par un capteur de température), il est possible de calculer Qfc8 et de comparer cette valeur à a19. I1 est également possible de calculer une valeur représentative de l'écart e8 entre la valeur déterminée du débit Qfc8 et la valeur commandée al9 e8 = (Qfc8 ùa19 .Q9)2 (8) dans laquelle Q9 représente le débit du fluide caloporteur à travers le premier ensemble 9. De même, il est également possible de comparer le débit Qfc15 et de le comparer à la valeur a21, en calculant par exemple la grandeur e15 : e15 = (Qfc15 ù(121 Q16)2 (9) dans laquelle Q16 représente le débit du fluide caloporteur à travers le deuxième ensemble 16. En particulier, le débit total Qfc du fluide caloporteur dans le circuit secondaire 3 vaut Qfc =Q9+Q16 (10) De même, il est également possible de comparer le débit Qfcs et de le comparer à la valeur a23, en calculant par exemple la grandeur e5 : e5 = (Qfc5 ù(123 Q9 )2 A partir des différents écarts calculés et à partir de valeurs seuils, le quatrième moyen peut mettre en oeuvre un procédé de surveillance du circuit de refroidissement. Un exemple de mise en oeuvre du procédé de surveillance du circuit de refroidissement secondaire par le quatrième moyen est illustré par le schéma de la figure 3. Le procédé débute par une étape 29 de détermination des débits Qfc5, Qfcs et/ou Qfcis de fluide caloporteur alimentant respectivement l'échangeur de chaleur 5, le radiateur 8 et/ou le radiateur 15.

Lors d'une étape 30, le quatrième moyen calcule l'écart e5 défini précédemment, puis compare la valeur obtenue à une valeur seuil Si mémorisée ou déterminée en fonction de paramètres de fonctionnement de la pile à combustible. Si l'écart e5 est supérieur à la valeur seuil Si, alors le procédé se poursuit par une étape 31 durant laquelle on compare la température Tl du fluide caloporteur circulant dans le circuit principal 2 à une valeur seuil S2. Si la température Tl est supérieure au seuil S2, alors le dispositif de refroidissement ne permet pas d'évacuer correctement la chaleur dégagée par l'organe thermique et le véhicule peut être arrêté lors d'une étape 32. Si la valeur Tl est inférieure au seuil S2, un signal d'alarme peut être déclenché et le procédé reprend à l'étape 29. Si l'écart e5 est inférieur ou égal à la valeur seuil Si, alors le débit circulant dans l'échangeur de chaleur 5 correspond à la valeur de consigne a23 et il n'y a pas de fuite ou de panne notable dans le troisième moyen réglable. Le procédé se poursuit par une étape 33. Durant l'étape 33, le quatrième moyen calcule l'écart e8 et/ou eu définis précédemment, puis compare respectivement la ou les valeurs obtenues à la ou aux valeurs seuils S8 et S15 mémorisées ou déterminées en fonction de paramètres de fonctionnement de la pile à combustible. Si l'écart e8, respectivement eis, est supérieur au seuil S8, respectivement Sis, alors le procédé se poursuit par une étape 34 durant laquelle on compare la température T2 du fluide caloporteur circulant dans le circuit secondaire 3 à une valeur seuil S3. Si la température T2 est supérieure au seuil S3, alors le circuit secondaire 3 ne permet pas de redistribuer correctement la chaleur issue du circuit principal, et la vanne 19, respectivement 21, est ouverte complètement (al9=1, respectivement a2l=l) lors d'une étape 35.

Si la valeur T2 est inférieure ou égale au seuil S3, un signal d'alarme peut être déclenché et le procédé reprend à l'étape 29. Ainsi, grâce aux différents moyens de l'unité de contrôle électronique 25, il est possible de contrôler et, éventuellement de reconfigurer la commande du dispositif de refroidissement 1, tout en limitant le nombre de capteurs au sein de celui-ci.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de refroidissement (1) d'un organe thermique (4), notamment utilisé dans un système de traction de véhicule automobile, comprenant un circuit de refroidissement principal (2) apte à réguler la température de l'organe thermique, un circuit de refroidissement secondaire (3) comprenant un premier ensemble (9) d'au moins deux échangeurs de chaleur (10, 11) montés en parallèle, et un moyen de couplage thermique (5) entre le circuit de refroidissement principal (2) et le circuit de refroidissement secondaire (3), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un capteur de température (13) monté en série sur le circuit de refroidissement secondaire (3) et en aval du premier ensemble (9) et une unité de contrôle (25) comprenant un premier moyen (27) capable d'estimer avec un observateur d'état, la température de sortie de chaque échangeur de chaleur (10, 11) du premier ensemble (9) à partir de la température d'entrée du fluide caloporteur en entrée de chaque échangeur de chaleur du premier ensemble et des grandeurs mesurées par le capteur de température (13).
2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le circuit de refroidissement secondaire (3) comprend une dérivation (14) dont une extrémité est montée en aval du capteur de température (13) et en amont du moyen de contact thermique (5), et dont l'autre extrémité est montée en aval du premier ensemble (9) d'échangeurs de chaleur et en amont du capteur de température (13), la dérivation (14) comprenant un deuxième ensemble (16) d'au moins deux échangeurs de chaleur (17, 18) montés en parallèle.
3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel le premier moyen (27) est en outre capable d'estimer avec un observateur d'état, la température de sortie de chaque échangeur de chaleur (17, 18) du deuxième ensemble (16) à partir de la température d'entrée du fluide caloporteur en entrée de chaque échangeur de chaleur du deuxième ensemble et des grandeurs mesurées par le capteur de température (13).
4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le circuit de refroidissement secondaire (3) comprend en outre des premier et deuxième radiateurs (8, 15) associés respectivement aux premier et deuxième ensembles d'échangeurs (9, 16).
5. Dispositif selon la revendication 4 comportant en outre des moyens réglables pour court-circuiter les premier et deuxième radiateurs et dans lequel l'unité de contrôle (25) comprend également un troisième moyen (28) pour piloter les moyens réglables pour court-circuiter les premier et deuxième radiateurs.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel l'unité de contrôle (25) comprend un deuxième moyen (26) capable de déterminer la température d'entrée du fluide caloporteur en entrée de chaque échangeur de chaleur, à partir des grandeurs mesurées par le capteur de température (13).
7. Dispositif selon la revendication 4 ou 5 comprenant en outre des capteurs de température capables de mesurer la température d'entrée du fluide caloporteur en entrée de chaque ensemble (9, 16) d'échangeurs de chaleur, et dans lequel l'unité de contrôle (25) comprend un quatrième moyen capable de surveiller le débit de fluide caloporteur circulant dans les premier et deuxième radiateurs (8, 15), à partir des grandeurs mesurées par les capteurs de température.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel l'organe thermique comprend une pile à combustible et dans lequel le moyen de contact thermique (5) est un échangeur de chaleur disposé entre le circuit de refroidissement principal (2) et le circuit de refroidissement secondaire (3).
9. Dispositif selon les revendications 5 et 8 dans lequel le deuxième ensemble (16) d'échangeurs permet de réguler la température des gaz en sortie de la pile à combustible et dans lequel le troisième moyen (28) est capable de piloter les moyens réglables pour court-circuiter le deuxième radiateur (15), selon le bilan d'eau consommé par la pile à combustible et récupérée par le dispositif de refroidissement.
10. Procédé de commande d'un dispositif de refroidissement d'un organe thermique (4), notamment utilisé dans un système de traction de véhicule automobile comprenant un circuit de refroidissement principal (2) apte à réguler la température de l'organe thermique, un circuit de refroidissement secondaire (3) comprenant un premier ensemble (9) d'au moins deux échangeurs de chaleur (10,
11) montés en parallèle, et un moyen de couplage thermique (5) entre le circuit de refroidissement principal (2) et le circuit de refroidissement secondaire (3), caractérisé en ce que : - on mesure la température du fluide caloporteur en aval du premier ensemble (9) d'échangeurs de chaleur, - on détermine la température du fluide caloporteur du circuit secondaire (3) en entrée des échangeurs de chaleur, et - on estime avec un observateur d'état, la température de sortie de chacun des échangeurs de chaleur, à partir de la température d'entrée du fluide caloporteur en entrée des échangeurs de chaleur et de la température mesurée du fluide caloporteur.