EP4434153A1 - Procédé de protection contre une surtension dans un système comportant une batterie, un onduleur et une machine électrique - Google Patents

Procédé de protection contre une surtension dans un système comportant une batterie, un onduleur et une machine électrique

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Publication number
EP4434153A1
EP4434153A1 EP22822621.3A EP22822621A EP4434153A1 EP 4434153 A1 EP4434153 A1 EP 4434153A1 EP 22822621 A EP22822621 A EP 22822621A EP 4434153 A1 EP4434153 A1 EP 4434153A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
battery
inverter
threshold
charge
Prior art date
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Pending
Application number
EP22822621.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gang Yang
Louis Marie SAUBLET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nidec PSA Emotors SAS
Original Assignee
Nidec PSA Emotors SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Nidec PSA Emotors SAS filed Critical Nidec PSA Emotors SAS
Publication of EP4434153A1 publication Critical patent/EP4434153A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • H02P9/102—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load for limiting effects of transients

Definitions

  • the invention relates to the field of the operational safety of an electrical system comprising an inverter and an electrical machine, and relates more particularly to protection against overvoltages.
  • the present invention thus relates to the protection of such an electrical system, by an appropriate method allowing suitable control of the inverter used to control the electrical machine, namely a rotating electrical machine, in the event of an overvoltage.
  • the invention finds a preferential application in traction systems for electric or hybrid motor vehicles.
  • the inverter is a device that generates alternating current from direct current from an electrical source such as a battery.
  • Inverters comprise a power stage comprising, for example, power modules, and more generally the power electronics of the inverter.
  • the power stage includes a set of electronic switches.
  • insulated gate bipolar transistors also called “IGBTs”
  • IGBTs Insulated Gate Bipolar Transistor
  • MOSFET insulated gate field effect transistors
  • SiC Silicon Carbide
  • the inverter modulates the source to obtain alternating current of the desired frequency to drive an electrical machine.
  • the electrical machine controlled by the inverter is used as a generator and allows the battery to be recharged.
  • An overvoltage caused by a load dump phenomenon can have harmful consequences on the components of the inverter, in particular on the electrical capacities it contains (capacitors), and/or on other components of the system.
  • a disconnection of the battery for whatever reason, while it is being recharged by the electrical machine, corresponds to the disconnection of the main electrical load of the system, and can cause a significant overvoltage in the inverter.
  • ASC Active Short Circuit
  • active short circuit active short circuit
  • UPS mode certain electronic switches of the power stage of the inverter, namely those located on the same side of the H-bridges formed in the inverter, are closed so that they allow the passage of current.
  • the poles of the electric machine typically three in number for a three-phase motor
  • the ASC mode can be coupled with a means called active discharge, allowing current dissipation and voltage drop in the system.
  • the application of ASC mode in particular avoids the passage of current in the capacitors of the inverter, and causes a drop in voltage in the system, which protects the electronic components of the system, and in particular the capacitors of the inverter.
  • the electrical system comprising a high voltage part and a low voltage part (generally 12V for a motor vehicle), the voltage observed is obviously in the high part voltage, for example at the input of the inverter, at the level of a high voltage direct current bus (“HVDC” bus) connecting the battery to the inverter.
  • HVDC high voltage direct current bus
  • the predefined voltage threshold does not correspond to the voltage limit admissible by the components, it is necessarily lower for the following reasons.
  • the predefined voltage threshold must take into account the existence of ripples in the voltage of the current flowing in the high voltage part of the system.
  • the predefined voltage threshold must also take into account the tolerance in the voltage measurement.
  • controlling the inverter, in particular its transition to UPS mode with active discharge requires some time. This delay, even if it is only from a few microseconds to a few tens of microseconds, must be taken into consideration because the rise in voltage linked to a load dump phenomenon is extremely rapid.
  • the predefined threshold must be chosen so that, whatever the initial situation, in the event of the occurrence of a load dump phenomenon, the voltage at the time of the effective passage to ASC mode remains lower than the maximum voltage admissible by the components. of the system exposed to this voltage.
  • the invention relates to a method of protection against an overvoltage in a system comprising a battery, an inverter and an electrical machine controlled by the inverter.
  • the battery is linked to the inverter by a high voltage bus, and the system operates, for the application of the process, in regeneration mode in which the electrical machine operates as a generator to recharge the battery.
  • the process includes: determining the voltage on the high voltage bus;
  • the voltage threshold is variable as a function of a current state of charge of the battery.
  • variable voltage threshold makes it possible to optimize the protection against overvoltages of such a system.
  • it makes it possible to adapt the protection method to allow greater voltage ripples than with a known protection method, or to use components that are less reactive or quick to switch to a protection mode.
  • the protection mode can be an ASC mode with active discharge
  • the state of charge can be represented by the current battery voltage (Vbat), determined by the average of the voltage on the high voltage bus, over a predefined sliding period.
  • Vbat current battery voltage
  • the voltage threshold is chosen between the different voltage threshold levels.
  • the predefined voltage threshold levels can for example be two in number, namely a high threshold and a low threshold, the voltage of the high threshold being greater than the voltage of the low threshold.
  • the low threshold is then applied when the current state of charge of the battery is less than or equal to a state of charge corresponding to a predefined limit voltage
  • the high threshold is applied when the current state of charge of the battery is greater to the state of charge corresponding to the predefined limit.
  • the voltage threshold varies continuously over at least one state-of-charge range of the battery, according to a function of the value of the voltage of the battery in said state-of-charge range.
  • a maximum voltage ripple value on the high voltage bus can be determined and the function used to vary the voltage threshold can then have said maximum voltage ripple value as a parameter.
  • the power of the battery charging current can be determined and taken into account to determine the voltage threshold.
  • the method may further comprise a step of switching the inverter to FW mode immediately prior to the step of switching to ASC mode.
  • the invention also relates to a system comprising a battery, an inverter and an electric machine controlled by the inverter, the battery being linked to the inverter by a high-voltage bus, and which comprises a computer configured to apply a method of protection against overvoltage as previously described when the system operates in regeneration mode in which the electric machine operates as a generator to recharge the battery.
  • the system can include:
  • the system may comprise a means of short-circuiting the high voltage bus when the protection mode is an ASC mode with active discharge.
  • FIG. 1 illustrates in the form of a graph a method of protecting a system comprising a battery, an inverter and an electric machine operating as a generator according to an embodiment in accordance with the art prior to the present invention
  • FIG. 2 shows in the form of a block diagram a method according to one embodiment of the invention
  • FIG. 3 illustrates in the form of a graph similar to that of Figure 1 the interest of applying a method according to the embodiment of Figure 2;
  • Figure 4 illustrates in the form of a graph similar to that of Figures 1 and 3 a first aspect of the invention
  • FIG. 5 illustrates in the form of a graph similar to that of Figure 4 a second aspect of the invention
  • FIG. 6 illustrates in the form of a block diagram a method according to another embodiment of the intention.
  • FIG. 1 is a graph which presents a method for protecting a system comprising a battery, an inverter and an electric machine operating as a generator according to an embodiment in accordance with the art prior to the present invention.
  • the abscissa represents the time, each unit represented on the graph corresponding to 10 microseconds.
  • the ordinate shows the voltage in a high voltage bus of the system connecting the battery to the inverter.
  • Curves A, B, C, D, E and F correspond respectively to the evolution of the voltage in the high voltage bus of the system when a load dump phenomenon occurs, linked to a sudden disconnection of electrical loads, in particular when suddenly disconnecting the battery.
  • Each curve corresponds to the evolution of the voltage according to a different state of charge of the battery at the moment when the load dump occurs.
  • Each state of charge (or level of charge, sometimes referred to by the English acronym "SOC" for "State Of Charge”) results in a different voltage.
  • the battery considered is a battery whose voltage at full charge is 460 V.
  • Curve A 10% battery state of charge, voltage 400 V;
  • Curve B battery state of charge of 30%, voltage of 414 V;
  • Curve C 50% battery state of charge, voltage 426 V;
  • Curve D 70% battery state of charge, voltage 446 V
  • Curve E 80% battery state of charge, 450 V voltage
  • Curve F 95% battery state of charge, voltage of 459 V .
  • the maximum admissible voltage Umax for the components subjected to the voltage present on the high voltage bus is 510 V.
  • These components include in particular the capacitors contained in the inverter. In other words, it is necessary to set up a protection strategy making it possible to detect the occurrence of a load dump phenomenon and in this case to prevent the voltage from exceeding 510 V in these components.
  • the protection strategy known in the state of the art consists in determining the voltage in the high voltage bus and comparing it with a voltage threshold Uth, which is characteristic of a very probable occurrence of a load dump phenomenon.
  • This voltage threshold Uth which is necessarily higher than the voltage of the battery when it is fully charged, is here set at 477 V.
  • This measure consists in operating the inverter according to the ASC mode explained above, associated with an active discharge making it possible to drop the voltage in the system.
  • a direct switch to ASC mode in which the inverter power stage electronics located on the same side of the H-bridges formed in the inverter are closed, could cause a so-called cross-conduction situation ( more often referred to by the English term "cross conduction") if one of the H-bridges on the opposite side is still closed (switch closed), which could result in a degradation of the inverter.
  • freewheeling which means “freewheeling”
  • the electronic switches are all in the open state, and therefore do not allow the passage of a current.
  • Switching to ASC mode from its nominal operating mode in response to the detection of a load dump phenomenon, therefore takes some time, linked to the reactivity of the electronic components used to control the inverter on the one hand, and to the prior switch to FW mode on the other hand.
  • the choice of the voltage threshold Uth must therefore take into account the time required for the inverter to switch to UPS mode. In other words, once the voltage threshold Uth is exceeded, there must be enough time for the system to switch the inverter to UPS mode before the voltage in the high voltage bus and in the inverter reaches the maximum voltage. permissible Umax, regardless of the situation at the time the load dump occurs.
  • the actual value of the voltage at the measurement point is between 465 V (minimum actual voltage Uthmin) and 489 V (maximum actual voltage Uthmax) .
  • the power of the regeneration current (recharge current) applied to it is different depending on the state of charge of the battery.
  • the voltage threshold llth cannot be too low, for two reasons: on the one hand, the minimum real voltage llthmin must of course be greater than the maximum voltage of the battery, but it must also be greater than the voltage maximum observable on the high voltage bus in the absence of load dump. However, the voltage experiences fluctuations, ripples, which are linked to the presence of consumers other than the battery on the high-voltage network: in an electric motor vehicle, this may be various equipment such as air conditioning, d a second inverter, etc.
  • the present invention was developed by the applicant on the basis of the observation that, depending on the state of charge of the battery which conditions the reduction applied to the power of the regeneration current of the battery, the increase in the voltage generated by the occurrence of a load dump phenomenon will be all the less abrupt as the power of the regeneration current is low, which amounts to saying that this increase will be all the less abrupt as it occurs when the state of charge battery is high.
  • voltage increase in the event of load dump is 0.64 V/ps for curve D corresponding to a battery state of charge of 70 % increase in voltage in the event of load dump is 0.51 V/ps for curve E corresponding to a state of charge of the battery of 80% increase in voltage in the event of load dump is 0.38 V/ps ps for curve F corresponding to a state of charge of the battery of 95% the increase in voltage in the event of load dump is 0.36 V/ps.
  • variable is meant a non-unique threshold, varying in stages or continuously, or according to functions combining continuous variation and variation in stages.
  • the method uses two voltage thresholds.
  • This process is applied to a system comprising a battery capable of supplying an inverter via a high voltage DC bus and an electrical machine controlled by the inverter.
  • the system is adapted to operate in regeneration mode, in which the battery is recharged by the electric machine operating as a generator.
  • a first step S1 the current voltage of the battery Vbat is determined.
  • the current voltage of the battery can in practice be determined by carrying out a temporal average of the voltage in the DC high voltage part of the system (typically on the high voltage bus).
  • a sliding time average can advantageously be used, over a period making it possible to cover several voltage ripples.
  • the current voltage of the battery Vbat is then compared with a predefined limit voltage Vd (step S2). If the current voltage of the battery Vbat is less than or equal to the predefined limit voltage Vd, then a voltage threshold level called low threshold Uth1 is selected (step S3). If the voltage current of the battery Vbat is greater than the predefined limit voltage Vd, then a voltage threshold level called high threshold Uth2 is selected (step S4).
  • step S5 It is then determined whether an overvoltage occurs. This determination consists in comparing the current voltage in the high voltage direct current part of the system (typically on the high voltage bus) with the voltage threshold selected in step S3 or S4, namely the low threshold Uth1 or the high threshold Uth2 . This determination is made throughout the operation of the system, in particular when the electrical machine is operating as a generator to recharge the battery, by continuously measuring (i.e. as frequently as possible) the voltage in the DC high voltage part of the system.
  • An overvoltage, characteristic of the occurrence of a load dump phenomenon, is detected if the measured current voltage exceeds the selected voltage threshold.
  • step S1 the method continues with the determination of the current voltage of the battery Vbat (that is to say by a return to step S1).
  • step S6 the step S6 of applying the ASC mode includes a sub-step of briefly applying the FW mode, and the implementation of an active discharge in order to lower the voltage in the system.
  • any other suitable protection mode can be applied as an alternative to the ASC mode with active discharge in step S6.
  • the ASC mode can be coupled with a means called reactive discharge, which uses resistors resulting in a slower discharge than the active discharge.
  • Figure 3 Figure 4 and Figure 5 illustrate the interest of such a method of protection against overvoltages.
  • FIG. 3 represents the voltage increases observed for example on the high voltage bus in the event of the occurrence of a load dump phenomenon at the same instant tj for the state of charge conditions of the battery A to F as defined previously with reference to figure 1 .
  • This limit voltage can therefore be adapted according to the behavior of the system, i.e. the function of reducing the power of the regeneration current which is applied by the system, and which takes account of the characteristics of the battery.
  • the method according to the invention illustrated in FIGS. 4 and 5 has made it possible to raise the voltage threshold for which it is considered that an overvoltage occurs, while maintaining a substantially constant time T for the most unfavorable conditions associated with the two voltage thresholds used.
  • One of the advantages is that larger voltage ripples can be allowed in the system, without the risk of causing the inverter to go into an overvoltage protection mode by mistake, typically without risking the inverter going into UPS mode. with active discharge.
  • the high threshold and the low threshold can be chosen so as to increase the time available to apply to the inverter a mode of protection against overvoltages, while maintaining a correct allowable voltage ripple level, for example equivalent to that of the prior art (of the order of plus or minus 5 V, for example). This makes it possible, for example, to select electronic components that are less reactive, but more reliable and/or less expensive.
  • finite number of voltage threshold levels are used in the process (for example two thresholds, three thresholds, four thresholds, etc.), they can be integrated in a material way into the system, and actuated by switches controlled by the control device.
  • system controller usually a microcontroller.
  • the current voltage of the battery Vbat is determined in a first step S1.
  • the voltage threshold Uth can potentially take an infinity of values, it cannot be applied by a purely hardware system (based on resistors), but it will preferably be applied by a digital/analog converter.
  • step S3′ the digital/analog converter (or DAC according to the English acronym of Digital-to-Analog Converter) is updated in step S2′ to apply the determined voltage threshold Uth.
  • the digital/analog converter or DAC according to the English acronym of Digital-to-Analog Converter
  • step S5' it is then determined whether an overvoltage occurs. This determination consists in comparing the current voltage in the high voltage direct current part of the system (typically on the high voltage bus) with the voltage threshold determined in step S3′ and applied by the DAC. An overvoltage, characteristic of the occurrence of a load dump phenomenon, is detected if the measured current voltage exceeds the voltage threshold Uth applied by the DAC.
  • step S1 the method continues with the determination of the current voltage of the battery Vbat (that is to say by a return to step S1).
  • step S6 of applying the ASC mode includes a sub-step of briefly applying the FW mode, and the implementation of an active discharge in order to lower the voltage in the system.
  • Any other suitable protection mode can be applied as an alternative to the ASC mode with active discharge in step S6.
  • the ASC mode can be coupled to a so-called reactive discharge means.
  • variable voltage threshold (whether it be a finite plurality of thresholds or a continuously variable threshold) proposed in the invention thus makes it possible to optimize the protection strategies against overvoltages due to a load dump phenomenon.
  • the optimization proposed in the invention is based on taking advantage of the fact that the increase in voltage linked to a load dump phenomenon takes place according to a significantly different dynamic depending on the current state of charge of the battery of the system, because this state of charge involves the use of more or less significant regeneration currents (charging by the electrical machine) depending on the state of charge of the battery.
  • the optimization obtained can allow larger voltage ripples to be accepted in the system without the risk of wrongly triggering a system protection measure. It can alternatively make it possible to select less reactive (fast) components for the system in order to switch to a system protection mode, but which are more reliable and/or less expensive.
  • the design of a system using a method in accordance with the present invention is subject to fewer constraints than those of a system using a protection method known in the state of the art.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Abstract

L'invention porte sur un procédé de protection contre une surtension dans un système comportant une batterie liée à un onduleur par un bus haute tension et une machine électrique pilotée par l'onduleur. Tandis que le système fonctionne en mode de régénération dans lequel la machine électrique fonctionne en générateur pour recharger la batterie, le procédé comporte : la détermination de la tension sur le bus haute tension; la comparaison de la tension déterminée à un seuil de tension (Uth), et le passage de l'onduleur dans un mode de protection adapté à faire baisser la tension (S6), lorsque la tension déterminée dépasse ledit seuil de tension, Dans l'invention, le seuil de tension est variable en fonction d'un état de charge courant de la batterie. L'invention porte également sur un système correspondant, adapté à mettre en oeuvre ce procédé.

Description

Procédé de protection contre une surtension dans un système comportant une batterie, un onduleur et une machine électrique
La présente invention revendique la priorité de la demande française 2112169 déposée le 17 novembre 2021 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
L’invention porte sur le domaine de la sûreté de fonctionnement d’un système électrique comportant un onduleur et une machine électrique, et porte plus particulièrement sur la protection contre les surtensions.
La présente invention porte ainsi sur la protection d’un tel système électrique, par un procédé approprié permettant un pilotage adapté de l’onduleur employé pour contrôler la machine électrique, à savoir une machine électrique rotative, en cas de surtension. L’invention trouve une application préférentielle dans les systèmes de traction pour véhicule automobile électrique ou hybride.
L’onduleur est un appareil permettant de générer un courant alternatif à partir d'un courant continu issu d’une source électrique telle qu’une batterie.
Les onduleurs comportent un étage de puissance comportant par exemple des modules de puissance, et plus généralement l’électronique de puissance de l’onduleur. L’étage de puissance comporte un ensemble d'interrupteurs électroniques.
Plusieurs technologies d’interrupteurs électroniques peuvent être utilisées dans un onduleur employé dans un système de traction électrique d’un véhicule, parmi lesquelles les transistors bipolaires à grille isolée, également appelés « IGBT », de l'anglais « Insulated Gate Bipolar Transistor », et les transistors à effet de champ à grille isolée également appelés « MOSFET », acronyme anglais de « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor », qui peut se traduire par « transistor à effet de champ à structure métal-oxyde-semiconducteur », et en particulier les transistors de puissance au Carbure de Silicium (SiC).
Par un jeu de commutations commandées de manière appropriée (généralement une modulation de largeur d'impulsion), l’onduleur module la source afin d'obtenir un courant alternatif de fréquence désirée pour entraîner une machine électrique. Dans un mode de fonctionnement dit de régénération, la machine électrique contrôlée par l’onduleur est employée comme générateur et permet de recharger la batterie.
Néanmoins, lors des phases de régénération, une déconnexion d’une ou plusieurs charges électriques (c’est-à-dire de consommateurs électriques) et/ou de la batterie peut entrainer une surtension dans le système. Ce phénomène de déconnexion d’une charge est généralement désigné par l’Homme du métier par l’expression anglophone « load dump ». On peut traduire imparfaitement l’expression « load dump » par « chute de charges » ou « perte de charge », mais cette expression est également parfois traduite en français par sa conséquence, à savoir par le terme « surtension ».
Une surtension provoquée par un phénomène de load dump peut avoir des conséquences néfastes sur des composants de l’onduleur, en particulier sur les capacités électriques qu’il comporte (condensateurs), et/ou sur d’autres composants du système. En particulier, une déconnexion de la batterie, pour quelque raison que ce soit, tandis qu’elle est rechargée par la machine électrique, correspond à la déconnexion de la principale charge électrique du système, et peut provoquer une surtension importante dans l’onduleur.
Afin de protéger les composants du système, il est connu, en cas de surtension, d’appliquer à l’onduleur un mode de sécurité appelé « ASC » selon l’acronyme anglais de « Active Short Circuit » signifiant « court-circuit actif », associé à une décharge active. L’application de ce mode requiert le pilotage des interrupteurs électroniques (par exemple des IGBT).
Dans ce mode ASC, certains interrupteurs électroniques de l’étage de puissance de l’onduleur, à savoir ceux situés d’un même côté des ponts en H formés dans l’onduleur, sont fermés de sorte qu’ils autorisent le passage d’un courant. Les pôles de la machine électrique (typiquement au nombre de trois pour un moteur à trois phases) sont alors en situation de court-circuit. Le mode ASC peut être couplé à un moyen dit de décharge active, permettant une dissipation du courant et une chute de la tension dans le système. L’application du mode ASC évite en particulier le passage du courant dans les condensateurs de l’onduleur, et provoque une baisse de tension dans le système, ce qui protège les composants électroniques du système, et en particulier les condensateurs de l’onduleur.
En pratique, la tension dans le système est observée. Le système électrique comportant une partie sous haute tension et une partie sous basse tension (généralement 12V pour un véhicule automobile), la tension observée l’est bien évidemment dans la partie haute tension, par exemple en entrée de l’onduleur, au niveau d’un bus haute tension en courant continu (bus « HVDC ») reliant la batterie à l’onduleur.
Lorsque la tension dépasse un seuil prédéfini, l’occurrence d’une situation de load dump est très probable et le mode ASC est appliqué à l’onduleur, avec l’application préalable d’un mode dit FW pour « free-wheeling », ce qui signifie « roue-libre », pour des raisons détaillées ci-après en référence aux figures annexées.
Le seuil de tension prédéfini ne correspond pas à la limite de tension admissible par les composants, il est nécessairement inférieur pour les raisons suivantes. Tout d’abord, le seuil de tension prédéfini doit prendre en compte l’existence d’ondulations dans la tension du courant circulant dans la partie haute tension du système. Le seuil de tension prédéfini doit prendre aussi en compte la tolérance dans la mesure de la tension. En outre, le pilotage de l’onduleur, en particulier son passage vers le mode ASC avec décharge active, nécessite un certain temps. Ce délai, même s’il n’est que de quelques microsecondes à quelques dizaines de microsecondes, doit être pris en considération car la montée de la tension liée à un phénomène de load dump est extrêmement rapide. Ainsi, le seuil prédéfini doit être choisi pour que, quelle que soit la situation initiale, en cas de survenue d’un phénomène de load dump, la tension au moment du passage effectif en mode ASC reste inférieure à la tension maximale admissible par les composants du système exposés à cette tension.
Cette solution, bien qu’ayant le mérite de proposer une protection efficace des composants, présente néanmoins des inconvénients. D’une part, le système peut estimer, du fait des ondulations de tension, qu’un phénomène de load dump se produit alors que ce n’est pas le cas, entrainant un passage inutile vers le mode sécurité. D’autre part, la demanderesse a constaté qu’une telle solution impose des contraintes dans la conception et dans l’utilisation du système, notamment en termes de sélection des composants et/ou de limitation de la puissance de régénération de la batterie. Ces contraintes sont expliquées plus en détail ci-après en référence à la figure 1 annexée.
La solution connue dans l’art antérieur peut ainsi être optimisée en vue de résoudre tout ou partie des problématiques exposées ci-dessus.
Ainsi, l’invention porte sur un procédé de protection contre une surtension dans un système comportant une batterie, un onduleur et une machine électrique pilotée par l’onduleur. La batterie est liée à l’onduleur par un bus haute tension, et le système fonctionne, pour l’application du procédé, en mode de régénération dans lequel la machine électrique fonctionne en générateur pour recharger la batterie.
Le procédé comporte: la détermination de la tension sur le bus haute tension ;
- la comparaison de la tension déterminée à un seuil de tension, et
- le passage de l’onduleur dans un mode de protection adapté à faire baisser la tension lorsque la tension déterminée dépasse ledit seuil de tension. Selon l’invention, le seuil de tension est variable en fonction d’un état de charge courant de la batterie.
L’emploi d’un seuil de tension variable permet d’optimiser la protection contre les surtensions d’un tel système. Il permet en particulier d’adapter le procédé de protection pour admettre des ondulations de tension plus importantes qu’avec un procédé de protection connu, ou d’utiliser des composants moins réactifs ou rapide à passer dans un mode de protection.
Le mode de protection peut être un mode ASC avec décharge active
L’état de charge peut être représenté par la tension courante de la batterie (Vbat), déterminée par la moyenne de la tension sur le bus haute tension, sur une période glissante prédéfinie.
Selon un mode de réalisation, plusieurs niveaux de seuil de tension sont prédéfinis, et le seuil de tension est choisi entre les différents niveaux de seuil de tension.
Les niveaux de seuil de tension prédéfinis peuvent par exemple être au nombre de deux, à savoir un seuil haut et un seuil bas, la tension du seuil haut étant supérieure à la tension du seuil bas. Le seuil bas est alors appliqué lorsque l’état de charge courant de la batterie est inférieur ou égal à un état de charge correspondant à une tension limite prédéfinie, et le seuil haut est appliqué lorsque l’état de charge courant de la batterie est supérieur à l’état de charge correspondant à la limite prédéfinie.
Selon un autre mode de réalisation, le seuil de tension varie continûment sur au moins une plage d’état de charge de la batterie, selon une fonction de la valeur de la tension de la batterie dans ladite plage d’état de charge.
Une valeur maximale d’ondulation de tension sur le bus haute tension peut être déterminée et la fonction utilisée pour faire varier le seuil de tension peut alors avoir pour paramètre ladite valeur maximale d’ondulation de tension.
La puissance du courant de charge de la batterie peut être déterminée et prise en compte pour déterminer le seuil de tension.
Le procédé peut en outre comporter une étape de passage de l’onduleur en mode FW immédiatement préalable à l’étape de passage en mode ASC.
L’invention porte également sur un système qui comporte une batterie, un onduleur et une machine électrique pilotée par l’onduleur, la batterie étant liée à l’onduleur par un bus haute tension, et qui comporte un calculateur configuré pour appliquer un procédé de protection contre une surtension tel que précédemment décrit lorsque le système fonctionne en mode de régénération dans lequel la machine électrique fonctionne en générateur pour recharger la batterie. Bien entendu, le système peut comporter :
- des moyens de détermination de la tension sur le bus haute tension ;
- un comparateur de tension, et
- un moyen de mesure de l'état de charge de la batterie. Le système peut comporter un moyen de court-circuit du bus haute tension lorsque le mode de protection est un mode ASC avec décharge active.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs :
- la figure 1 illustre sous la forme d’un graphique un procédé de protection d’un système comportant une batterie, un onduleur et une machine électrique fonctionnant en générateur selon un mode de réalisation conforme à l’art antérieur à la présente invention ;
- la figure 2 représente sous la forme d’un diagramme de blocs un procédé conforme à un mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 3 illustre sous la forme d’un graphique analogue à celui de la figure 1 l’intérêt d’appliquer un procédé conforme au mode de réalisation de la figure 2 ;
- la figure 4 illustre sour la forme d’un graphique analogue à celui des figures 1 et 3 un premier aspect de l’invention ;
- la figure 5 illustre sour la forme d’un graphique analogue à celui de la figure 4 un deuxième aspect de l’invention ;
- la figure 6 illustre sous la forme d’un diagramme de blocs un procédé conforme à un autre mode de réalisation de l’inention.
La figure 1 est un graphique qui présente un procédé de protection d’un système comportant une batterie, un onduleur et une machine électrique fonctionnant en générateur selon un mode de réalisation conforme à l’art antérieur à la présente invention.
En abscisse est représenté le temps, chaque unité représentée sur le graphique correspondant à 10 microsecondes. En ordonnée est représentée la tension dans un bus haute tension du système reliant la batterie à l’onduleur.
Les courbes A, B, C, D, E et F correspondent respectivement à l’évolution de la tension dans le bus haute tension du système lorsqu’un phénomène de load dump se produit, lié à une déconnexion soudaine des charges électriques, en particulier lors d’une déconnexion soudaine de la batterie. Chaque courbe correspond à l’évolution de la tension selon un état de charge différent de la batterie au moment où se produit le load dump. Chaque état de charge (ou niveau de charge, parfois désigné par l’acronyme anglophone « SOC » pour « State Of Charge ») se traduit par une tension différente.
Dans l’exemple ici représenté, qui sera repris par la suite pour illustrer l’invention, la batterie considérée est une batterie dont la tension à pleine charge est de 460 V.
Les courbes A à F correspondent respectivement aux conditions suivantes :
Courbe A : état de charge de la batterie de 10%, tension de 400 V ;
Courbe B : état de charge de la batterie de 30%, tension de 414 V ;
Courbe C : état de charge de la batterie de 50%, tension de 426 V ;
Courbe D : état de charge de la batterie de 70%, tension de 446 V
Courbe E : état de charge de la batterie de 80%, tension de 450 V
Courbe F : état de charge de la batterie de 95%, tension de 459 V .
Dans l’exemple représenté, la tension maximale admissible Umax pour les composants soumis à la tension présente sur le bus haute tension est de 510 V. Ces composants comportent notamment les condensateurs que contient l’onduleur. Autrement dit, il est nécessaire de mettre en place une stratégie de protection permettant de détecter la survenue d’un phénomène de load dump et d’éviter dans ce cas que la tension dépasse 510 V dans ces composants.
La stratégie de protection connue dans l’état de la technique consiste à déterminer la tension dans le bus haute tension et à la comparer à un seuil de tension Uth, qui est caractéristique d’une très probable survenue d’un phénomène de load dump.
Ce seuil de tension Uth, qui est nécessairement supérieur à la tension de la batterie lorsqu’elle est totalement chargée, est ici fixé à 477 V.
Ainsi, quand la tension dans le bus haute tension dépasse 477V mesurés, une mesure est prise pour protéger les composants du système.
Cette mesure consiste à faire fonctionner l’onduleur selon le mode ASC expliqué ci- avant, associé à une décharge active permettant de faire chuter la tension dans le système. Néanmoins, un passage direct en mode ASC, dans lequel les électroniques de l’étage de puissance de l’onduleur situés d’un même côté des ponts en H formés dans l’onduleur sont fermés, pourrait provoquer une situation dite de conduction croisée (plus souvent désignée par le terme anglophone « cross conduction ») si l’un des ponts en H du côté opposé est toujours fermé (interrupteur fermé), ce qui pourrait résulter en une dégradation de l’onduleur.
Il est donc préférable de mettre brièvement l’onduleur dans un mode dit de « freewheeling » ou mode FW avant de le mettre en mode ASC.
Dans ce mode, dit « freewheeling », ce qui signifie « roue-libre », les interrupteurs électroniques sont tous en état ouvert, et ne permettent donc pas le passage d’un courant.
Le passage en mode ASC depuis son mode de fonctionnement nominal, en réponse à la détection d’un phénomène de load dump, prend donc un certain temps, lié à la réactivité des composants électroniques employés pour piloter l’onduleur d’une part, et au passage préalable en mode FW d’autre part.
Le choix du seuil de tension Uth doit donc prendre en compte ce temps nécessaire au passage de l’onduleur en mode ASC. Autrement dit, une fois le seuil de tension Uth dépassé, il doit rester suffisamment de temps pour que le système fasse passer l’onduleur en mode ASC avant que la tension dans le bus haute tension et dans l’onduleur n’atteigne la tension maximale admissible Umax, et cela quelle que soit la situation au moment de la survenue du load dump.
Plusieurs difficultés apparaissent alors. D’une part, il existe une certaine incertitude dans la valeur mesurée. Cette incertitude peut typiquement être de l’ordre de 2,5%. Ainsi, pour une mesure de 477 V, correspondant au seuil de tension dans l’exemple représenté, la valeur réelle de la tension au niveau du point de mesure est comprise entre 465V (tension réelle minimale Uthmin) et 489V (tension réelle maximale Uthmax).
Cela implique, pour la détermination du seuil de tension Uth, de prendre en compte la valeur réelle de tension la plus défavorable, à savoir la valeur réelle la plus élevée pouvant correspondre à Uth mesurée, selon la précision de la mesure.
Par ailleurs, selon l’état de charge de la batterie, la puissance du courant de régénération (courant de recharge) qui lui est appliqué est différente.
En effet, plus l’état de charge est élevé, plus la puissance du courant de charge doit être réduite par rapport à la puissance de régénération maximale du système (on parle souvent de « derating » selon le terme anglophone correspondant) afin de préserver l’intégrité de la batterie, de la protéger contre une dégradation rapide de ses composants électrochimiques.
Dans les stratégies de protection connues, la puissance du courant de régénération maximale du système est prise comme référence. Il s’agit de la puissance appliquée pour les faibles états de charge de la batterie. C’est donc l’évolution de la tension représentée par la courbe A qui est prise en compte dans les stratégies de protections connues, car elle constitue le cas le plus défavorable, c’est-à-dire la montée de la tension la plus rapide.
Ainsi, dans l’exemple représenté, on constate que dans le cas le plus défavorable, si la tension réelle correspond à llthmax soit 489V, et que la puissance du courant de régénération correspond à la puissance de régénération maximale du système, le passage en mode ASC doit être réalisé en un temps T de 30 microsecondes au maximum.
Il est bien évidemment possible de mener le raisonnement dans l’autre sens afin de déterminer le seuil de tension llth selon la réactivité des composants du système (c’est- à-dire en connaissant le temps T). Néanmoins, le seuil de tension llth ne peut pas être trop faible, pour deux raisons : d’une part, la tension réelle minimale llthmin doit bien évidemment être supérieure à la tension maximale de la batterie, mais elle doit également être supérieure à la tension maximale observable sur le bus haute tension en l’absence de load dump. Or, la tension connait des fluctuations, des ondulations, qui sont liées à la présence d’autres consommateurs que la batterie sur le réseau haute tension : dans un véhicule automobile électrique il peut s’agir de divers équipements tels qu’une climatisation, d’un deuxième onduleur, etc.
Les stratégies connues dans l’état de la technique sont ainsi très contraignantes techniquement, et ne sont pas optimisées.
La présente invention a été développée par la demanderesse sur le fondement de la constatation que, selon l’état de charge de la batterie qui conditionne la réduction appliquée à la puissance du courant de régénération de la batterie, l’augmentation de la tension engendrée par la survenue d’un phénomène de load dump sera d’autant moins brutale que la puissance du courant de régénération est faible, ce qui revient à dire que cette augmentation sera d’autant moins brutale qu’elle se produit quand l’état de charge de la batterie est élevé.
Ainsi, dans l’exemple représenté à la figure 1 : - pour la courbe A correspondant à un état de charge de la batterie de 10%, l’augmentation de la tension en cas de load dump est de 0,68 V/ps ; - pour la courbe B correspondant à un état de charge de la batterie de 20%, l’augmentation de la tension en cas de load dump est de 0,66 V/ps ;
- pour la courbe C correspondant à un état de charge de la batterie de 50%, augmentation de la tension en cas de load dump est de 0,64 V/ps pour la courbe D correspondant à un état de charge de la batterie de 70% augmentation de la tension en cas de load dump est de 0,51 V/ps pour la courbe E correspondant à un état de charge de la batterie de 80% augmentation de la tension en cas de load dump est de 0,38 V/ps pour la courbe F correspondant à un état de charge de la batterie de 95% l’augmentation de la tension en cas de load dump est de 0,36 V/ps.
Il est ainsi proposé dans l’invention de mettre à profit cela pour optimiser la stratégie de protection contre les surtensions. Plus précisément, il est proposé de définir un seuil de tension llth variable, en fonction de l’état de charge de la batterie (ou de sa tension, en ce qu’elle est représentative de l’état de charge).
Par variable, il est entendu un seuil non unique, variant par paliers ou de manière continue, ou selon des fonctions mêlant variation continue et variation par paliers.
Selon un premier exemple de mode de réalisation de l’invention représenté à la figure 2, le procédé utilise deux seuils de tension.
Ce procédé est appliqué à un système comportant une batterie pouvant alimenter un onduleur via un bus haute tension en courant continu et une machine électrique pilotée par l’onduleur. Le système est adapté à fonctionner en mode de régénération, dans lequel la batterie est rechargée par la machine électrique fonctionnant en tant que générateur.
Dans une première étape S1 , la tension courante de la batterie Vbat est déterminée. Dans la mesure où la tension connaît des ondulations, et qu’un phénomène de load dump peut provoquer une surtension soudaine sur le bus haute tension, la tension courante de la batterie peut en pratique être déterminée en réalisant une moyenne temporelle de la tension dans la partie haute tension en courant continu du système (typiquement sur le bus haute tension). Une moyenne temporelle glissante peut avantageusement être utilisée, sur une période permettant de couvrir plusieurs ondulations de la tension.
La tension courante de la batterie Vbat, représentative de son état de charge courant, est alors comparée à une tension limite prédéfinie Vd (étape S2). Si la tension courante de la batterie Vbat est inférieure ou égale à la tension limite prédéfinie Vd, alors un niveau seuil de tension dit seuil bas Uth1 est sélectionné (étape S3). Si la tension courante de la batterie Vbat est supérieure à la tension limite prédéfinie Vd, alors un niveau seuil de tension dit seuil haut Uth2 est sélectionné (étape S4).
Il est alors déterminé si une surtension se produit (étape S5). Cette détermination consiste à comparer la tension courante dans la partie haute tension en courant continu du système (typiquement sur le bus haute tension) au seuil de tension sélectionné à l’étape S3 ou S4, à savoir le seuil bas Uth1 ou le seuil haut Uth2. Cette détermination est réalisée tout au long du fonctionnement du système, en particulier lorsque la machine électrique fonctionne en tant que générateur pour recharger la batterie, par une mesure en continu (c’est-à-dire de manière aussi fréquente que possible) de la tension dans la partie haute tension en courant continu du système.
Une surtension, caractéristique de la survenue d’un phénomène de load dump, est détectée si la tension courante mesurée dépasse le seuil de tension sélectionné.
Tant qu’aucune surtension n’est détectée, le procédé se poursuit par la détermination de la tension courante de la batterie Vbat (c’est à dite par un retour à l’étape S1).
Si une surtension est détectée, c’est-à-dire que la tension dans la partie haute tension du système dépasse le seuil de tension sélectionné à l’étape S3 ou S4, alors le mode ASC est appliqué à l’onduleur (étape S6). En pratique, l’étape S6 d’application du mode ASC comporte une sous étape de brève application du mode FW, et la mise en œuvre d’une décharge active afin de faire baisser la tension dans le système.
Toute autre mode de protection adapté peut être appliqué en alternative au mode ASC avec décharge active à l’étape S6. Par exemple, le mode ASC peut être couplé à un moyen dit de décharge réactive, qui utilise des résistances entrainant une décharge plus lente que la décharge active.
La figure 3, la figure 4 et la figure 5 illustrent l’intérêt d’un tel procédé de protection contre les surtensions.
La figure 3 représente les augmentations de tension observées par exemple sur le bus haute tension en cas de survenue d’un phénomène de load dump à un même instant tj pour les conditions d’état de charge de la batterie A à F tels que définis précédemment en référence à la figure 1 .
Comme l’indiquent les valeurs numériques précitées de ces augmentations et comme on le voit clairement sur la figure 3, jusqu’à un certain état de charge de la batterie, de l’ordre de 70% (courbes A à D), les pentes d’augmentation de tension diminuent progressivement mais restent assez similaires. Par contre, pour un état de charge de la batterie de 80% (courbe E), les pentes (gradients) d’augmentation de tension sont nettement plus faibles. Aussi, il apparait pertinent de fixer la tension limite prédéfinie Vd utilisée à l’étape S2 de sorte qu’elle correspond à un état de charge de la batterie compris entre 70% et 80%, soit environ 448V dans l’exemple du mode de réalisation représenté.
Cette tension limite peut donc être adaptée en fonction du comportement du système, c’est-à-dire de la fonction de réduction de la puissance du courant de régénération qui est appliqué par le système, et qui tient compte des caractéristiques de la batterie.
Le seuil bas Uth1 et le seuil haut Uth2 sont alors fixés, à savoir Uth1 = 477 V et Uth2=486V dans l’exemple représenté.
Avec une incertitude dans la mesure de la tension de 2,5%, cela signifie que lorsqu’une tension correspondant au seuil bas Uth1 est mesurée, la tension réelle est comprise entre Uthlmin = 465 V et Uthlmax = 489 V. De même, lorsqu’une tension correspondant au seuil haut Uth2 est mesurée, la tension réelle est comprise entre Uth2min = 474 V et Uth2max = 498 V.
A la figure 4, un graphique analogue à celui de la figure 1 a été représenté pour les courbes A à D, c’est-à-dire pour les états de charge de la batterie pour lesquels le seuil bas Uth1 est appliqué. Le seuil bas Uth1 correspondant au seuil de tension Uth utilisé dans le mode de réalisation conforme à l’art antérieur représenté à la figure 1 , la conclusion développée à la figure 1 est valable pour le cas de figure représenté à la figure 4, à savoir que le système doit permettre le passage en mode ASC en un temps T de 30 microsecondes au maximum.
A la figure 5, un graphique analogue à celui de la figure 1 a été représenté pour les courbes E et F, c’est-à-dire pour les états de charge de la batterie pour lesquels le seuil haut Uth2 est appliqué (ici 80% pour la courbe E et 95% pour la courbe F).
Selon le raisonnement développé en référence à la figure 1 , le cas de figure le plus défavorable doit être pris en compte, à savoir le cas où la tension réelle dans la partie haute tension du système correspond à Uth2max soit 498 V, tandis que la tension Uth2 soit 489V est mesurée (ce qui peut être le cas avec une incertitude de mesure de 2,5%). Néanmoins, malgré l’utilisation d’un seuil de tension plus élevé que pour les états de charge illustrés à la figure 4, dans la mesure où l’augmentation de la tension est moins rapide lorsqu’un phénomène de load dump se produit quand la batterie est à un état de charge élevé, on constate que dans le cas de figure le plus défavorable représenté à la figure 5 un temps T’ de 30 microsecondes est disponible pour prendre les mesures de protection nécessaires (c’est-à-dire typiquement passer l’onduleur en mode ASC).
Ainsi, le procédé selon l’invention illustré aux figures 4 et 5 a permis de relever le seuil de tension pour lequel il est considéré qu’une surtension se produit, tout en maintenant un temps T sensiblement constant pour les conditions les plus défavorables associées aux deux seuils de tension utilisés.
L’un des avantages est que des ondulations de tension plus importantes peuvent être admises dans le système, sans risque d’entrainer un passage par erreur dans un mode de protection contre les surtensions, typiquement sans risquer un passage de l’onduleur en mode ASC avec décharge active.
Dans les exemples représentés, tandis qu’une ondulation maximale de plus ou moins 5 V était admissible dans le mode de réalisation de la figure 1 selon l’art antérieur (écart entre la tension maximale de la batterie soit 460 V et llthmin soit 465 V), une ondulation maximale de 14 V est admissible dans le mode de réalisation conforme à l’invention des figures 4 et 5 (soit le plus faible des écarts entre la tension maximale de la batterie soit 460 V et Uth2min soit 474 V d’une part, et entre la tension limite prédéfinie Vd soit 448 V et Uthlmin soit 465 V).
Selon le principe exposé ci-dessus en référence aux figures 2 à 5, le seuil haut et le seuil bas peuvent être choisis de sorte à augmenter le temps disponible pour appliquer à l’onduleur un mode de protection contre les surtensions, tout en conservant un niveau d’ondulations de tension admissible correct, par exemple équivalent à celui de l’art antérieur (de l’ordre de plus ou moins 5 V, par exemple). Cela permet par exemple de sélectionner des composants électroniques moins réactifs, mais plus fiables et/ou moins coûteux.
Bien évidemment, selon le principe décrit ci-dessus, plus de deux niveaux de seuil de tensions peuvent être définis, et utilisés pour autant de plages distinctes d’état de charge.
Lorsque des niveaux de seuil de tension en nombre fini sont utilisés dans le procédé (par exemple deux seuils, trois seuils, quatre seuils...) ils peuvent être intégrés de façon matérielle au système, et actionnés par des interrupteurs contrôlés par le dispositif de commande du système, à savoir généralement un microcontrôleur.
Il est également possible d’envisager dans le cadre de la présente invention un procédé particulièrement optimisé employant un seuil de tension continûment variable, pour tout ou partie des états de charge de la batterie.
Un exemple d’un tel procédé est représenté à la figure 6.
Tout comme dans le procédé de la figure 2, la tension courante de la batterie Vbat est déterminée dans une première étape S1.
Dans une seconde étape S2’, le seuil de tension Uth est déterminé par une fonction de la tension courante de la batterie Vbat. La fonction utilisée peut être très simple, par exemple llth = Vbat + x, avec x constant (par exemple x=5 V, ou 10 V, ou 15 V, ou 20 V, ou 25 V). x peut ainsi être adapté, dans certaines limites, aux ondulations admissibles de la tension du système. La fonction peut être plus élaborée, par exemple du type Uth = Vbat + y(Vbat), y étant une fonction de Vbat.
Dans la mesure où le seuil de tension Uth peut potentiellement prendre une infinité de valeurs, il ne peut pas être appliqué par un système purement matériel (à base de résistances), mais il sera préférentiellement appliqué par un convertisseur digital/analogique.
Dans une étape S3’, le convertisseur digital/analogique (ou DAC selon l’acronyme anglophone de Digital-to-Analog Converter) est mis à jour à l’étape S2’pour appliquer le seuil de tension Uth déterminé.
Dans une étape S5’, il est alors déterminé si une surtension se produit. Cette détermination consiste à comparer la tension courante dans la partie haute tension en courant continu du système (typiquement sur le bus haute tension) au seuil de tension déterminé à l’étape S3’ et appliqué par le DAC. Une surtension, caractéristique de la survenue d’un phénomène de load dump, est détectée si la tension courante mesurée dépasse le seuil de tension Uth appliqué par le DAC.
Tant qu’aucune surtension n’est détectée, le procédé se poursuit par la détermination de la tension courante de la batterie Vbat (c’est-à-dire par un retour à l’étape S1).
Si une surtension est détectée, c’est-à-dire que la tension dans la partie haute tension du système dépasse le seuil de tension Uth, alors le mode ASC est appliqué à l’onduleur (étape S6). En pratique, l’étape S6 d’application du mode ASC comporte une sous-étape de brève application du mode FW, et la mise en œuvre d’une décharge active afin de faire baisser la tension dans le système. Toute autre mode de protection adapté peut être appliqué en alternative au mode ASC avec décharge active à l’étape S6. Par exemple, le mode ASC peut être couplé à un moyen dit de décharge réactive.
Les exemples présentés ci-dessus le sont bien évidemment à simple titre illustratif. Toutes les valeurs numériques données sont représentatives d’un exemple de système de traction électrique automobile. Selon l’application considérée, ces valeurs pourront être très différentes de celles présentées. En outre, l’ Homme du métier peut adapter l’enseignement décrit ci-dessus dans le cadre de la présente invention. Notamment, d’autres éléments que la seule tension courante peuvent être envisagés pour connaître l’état de charge de la batterie. La tension peut être mesurée ou déterminée en divers points du système. La valeur du courant de régénération (recharge) de la batterie peut être utilisée directement comme paramètre, en complément ou en alternative à l’état de charge de la batterie, pour faire varier le seuil de tension utilisé.
L’utilisation d’un seuil de tension variable (qu’il s’agisse d’une pluralité finie de seuils ou d’un seuil continûment variable) proposée dans l’invention permet ainsi d’optimiser les stratégies de protection contre les surtensions dues à un phénomène de load dump.
L’optimisation proposée dans l’invention est fondée sur la mise à profit du fait que l’augmentation de tension liée à un phénomène de load dump se fait selon une dynamique sensiblement différente en fonction de l’état de charge courant de la batterie du système, car cet état de charge implique l’utilisation de courants de régénération (recharge par la machine électrique) plus ou moins importants selon l’état de charge de la batterie. L’optimisation obtenue peut permettre d’admettre des ondulations de tension dans le système plus importantes sans risque de déclenchement à tort d’une mesure de protection du système. Elle peut alternativement permettre de sélectionner pour le système des composants moins réactifs (rapides) pour basculer vers un mode de protection du système, mais plus fiables et/ou moins coûteux. Ainsi, de manière générale, la conception d’un système utilisant un procédé conforme à la présente invention est soumise à des contraintes moindres que celles d’un système utilisant un procédé de protection connu dans l’état de la technique.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de protection contre une surtension dans un système comportant une batterie, un onduleur et une machine électrique pilotée par l’onduleur, la batterie étant liée à l’onduleur par un bus haute tension, le système fonctionnant en mode de régénération dans lequel la machine électrique fonctionne en générateur pour recharger la batterie, le procédé comportant :
- la détermination de la tension sur le bus haute tension ;
- la comparaison de la tension déterminée à un seuil de tension (Uth), et
- le passage de l’onduleur dans un mode de protection adapté à faire baisser la tension (S6), lorsque la tension déterminée dépasse ledit seuil de tension, le procédé étant caractérisé en ce que ledit seuil de tension est variable en fonction d’un état de charge courant de la batterie.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel le mode de protection de l’onduleur est un mode à court-circuit actif, dit mode ASC, avec décharge active.
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel l’état de charge est représenté par la tension courante de la batterie (Vbat), déterminée par la moyenne de la tension sur le bus haute tension, sur une période glissante prédéfinie.
4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel plusieurs niveaux de seuil de tension (Uth1 , Uth2) sont prédéfinis, et dans lequel le seuil de tension est choisi entre les différents niveaux de seuil de tension.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel les niveaux de seuil de tension prédéfinis sont au nombre de deux, à savoir un seuil haut (Uth2) et un seuil bas (Uth1), la tension du seuil haut (Uth2) étant supérieure à la tension du seuil bas (Uth1).
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le seuil bas (Uth 1 ) est appliqué lorsque l’état de charge courant de la batterie est inférieur ou égal à un état de charge correspondant à une tension limite prédéfinie (Vd), et le seuil haut (Uth2) est appliqué lorsque l’état de charge courant de la batterie est supérieur à l’état de charge correspondant à la limite prédéfinie (Vd).
7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le seuil de tension (llth) varie continûment sur au moins une plage d’état de charge de la batterie, selon une fonction de la valeur de la tension de la batterie dans ladite plage d’état de charge.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel une valeur maximale d’ondulation de tension sur le bus haute tension est déterminée et dans lequel la fonction utilisée pour faire varier le seuil de tension (llth) a pour paramètre ladite valeur maximale d’ondulation de tension.
9. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la puissance du courant de charge de la batterie est déterminée et prise en compte pour déterminer le seuil de tension (llth).
10. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comportant en outre une étape de passage de l’onduleur en mode de roue libre, dit mode FW, immédiatement préalable à l’étape de passage en mode ASC.
11. Système comportant une batterie, un onduleur et une machine électrique pilotée par l’onduleur, la batterie étant liée à l’onduleur par un bus haute tension, caractérisé en ce qu’il comporte un calculateur configuré pour appliquer un procédé selon l’une des revendications 1 à 10 lorsque le système fonctionne en mode de régénération dans lequel la machine électrique fonctionne en générateur pour recharger la batterie.
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