Modélisation électrothermique de composants électriques et électroniques automobiles et estimation des résistances de contact dans les connecteurs

par Mathieu Chevrié

Thèse de doctorat en Automatique, productique, signal et image, ingénierie cognitique

Sous la direction de Jocelyn Sabatier et de Christophe Farges.

Soutenue le 19-07-2016

à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde) , en partenariat avec Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde) (laboratoire) .

Le président du jury était Brigitte d' Andréa-Novel.

Le jury était composé de Xavier Moreau, Laëtitia Pradère, Franck Guillemard.

Les rapporteurs étaient Michel Basset, Philippe Testé.

mots clés

• Résistance de contact
• Modélisation électrothermique
• Automobile
• Modèle d’ordre non entier
• Norme H2
• Diagnostic
• Méthode des moindres carrés
• Connecteurs électriques
• Contacts électriques -- Effets de la chaleur
• Modélisation électrothermique
• Moindres carrés
• Systèmes fractionnaires
• Automobiles -- Équipement électronique
• Résistance des matériaux

Résumé

Un connecteur électrique automobile est le siège de points de contact électriques soumis à des échauffements supplémentaires par effet Joule provoqués par leurs résistances de contact. La dégradation d’une résistance de contact peut provoquer des échauffements critiques au niveau des points de contact. La présente étude propose deux approches pour détecter les variations anormales des résistances de contact. La première, appliquée à un connecteur de boîtier électronique automobile, repose sur un diagnostic à base de modèle afin de détecter les variations anormales de la résistance de contact par rapport à sa valeur nominale. La seconde approche,appliquée à un connecteur de recharge de véhicule électrique, consiste d’abord à estimer un flux de chaleur lié à l’effet Joule provoqué par la résistance de contact. La valeur de cette dernière est ensuite estimée grâce à la méthode des moindres carrés. Ces deux approches reposent sur des modèles électrothermiques des connecteurs considérés et de leurs environnements. Cette étude présente également le développement de ces modèles, et notamment l’optimisation du maillage d’un fil électrique basée sur la minimisation de la norme H2 de l’erreur entre un modèle maillé d’ordre entier et un modèle analytique de référence d’ordre non entier.

mots clés

• Contact resistance
• Electrothermal modeling
• Automotive
• Fractional order model
• H2-norm
• Diagnosis
• Least squares

Titre traduit

Electrothermal modeling of automotive electrical and electronic components and estimatation of contact resistance in connectors

Résumé

An automotive electrical connector contains electrical contact points subject to additional temperature rises by Joule effect caused by their contact resistances. The deterioration of a contact resistance can cause critical overheating at the contact points. This study proposes two approaches to detect abnormal changes in contact resistance. The first one, applied to an automotive electric case connector, relies on a model-based diagnosis to detect an abnormal variation in the contact resistance with respect to its nominal value. The second one, applied toan electric vehicle charging connector, consists in estimating a heat flow related to the Joule effect caused by the contact resistance. The value of the latter is then estimated using the least squares.These approaches rely on electrothermal models considered connectors and their environments.This study also presents the development of these models, including the optimization of the mesh of an electrical wire based on the minimization of the H2-norm of the error between ameshed integer order model and a reference analytical fractional order model.