FR2971206A1 - Procede de controle d'une machine electrique de traction d'un vehicule - Google Patents

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Abstract

Procédé de contrôle d'une machine électrique de traction d'un véhicule, qui est alimentée par des accumulateurs électriques gérés par un système de gestion comportant un mode de fonctionnement qui, pour des températures élevées de ces accumulateurs, réduit la puissance électrique qu'ils délivrent, caractérisé en ce que dans ce mode de fonctionnement avec réduction de puissance électrique, le procédé pilote une petite vitesse de rotation de la machine électrique, en limitant le couple moteur généré (T) en fonction de la puissance mécanique théorique disponible (P) à partir de cette puissance électrique réduite, suivant une loi de limitation (20) enregistrée dans une mémoire.

Description

PROCEDE DE CONTROLE D'UNE MACHINE ELECTRIQUE DE TRACTION D'UN VEHICULE
La présente invention concerne un procédé de contrôle pour une machine électrique de traction d'un véhicule automobile, ainsi qu'un véhicule automobile mettant en oeuvre un tel procédé. Les véhicules électriques, ou les véhicules hybrides utilisant une énergie électrique pour la traction, comportent au moins un moteur électrique de traction qui est alimenté en courant par un convertisseur relié à des accumulateurs électriques. Sur un véhicule hybride, le moteur électrique vient en complément d'une motorisation principale comportant un moteur thermique, pour optimiser la consommation d'énergie de ce moteur. Sur un véhicule électrique, la machine électrique constitue l'unique motorisation de ce véhicule. En fonction des conditions de fonctionnement, en particulier du cycle de charge et de décharge des accumulateurs, et de la température ambiante, la température de ces accumulateurs peut augmenter fortement. Pour protéger les accumulateurs quand leur température devient trop élevée, un procédé connu consiste à passer dans un mode limitant l'échauffement, appelé aussi mode « derating », qui réduit la puissance électrique délivrée par ces accumulateurs de manière à éviter une augmentation de leur température. On obtient alors une puissance nominale qui est limitée à une valeur maximum assez faible, par exemple de 1 kW, pour alimenter les différents consommateurs du véhicule reliés à ces accumulateurs. Un problème qui peut se poser dans ce mode de fonctionnement avec réduction de puissance électrique, pour piloter une petite vitesse du moteur électrique obtenue avec une puissance réduite délivrée par les accumulateurs électriques, en particulier dans le cas d'un démarrage du véhicule, est que l'on obtient une oscillation de couple qui se maintient.
En effet les pertes permanentes dans le système d'alimentation et le moteur électrique représentent une part importante de la puissance disponible, qui peut être pour le même exemple de 0,6kW. La puissance mécanique théorique que peut délivrer le moteur électrique dépend alors de la puissance électrique restante, soit dans cet exemple une petite puissance de 0,4kW, correspondant à un couple théorique du moteur à l'arrêt qui est dans cet exemple de 200Nm. Lors d'un démarrage du véhicule, dès que le couple commandé sur le moteur électrique augmente, ainsi que la vitesse qui résulte de cette augmentation de couple, les pertes électriques liées à ce couple et à cette vitesse augmentent aussi, et absorbent complètement la petite puissance électrique disponible de 0,4kW. On obtient alors un couple mécanique délivré par le moteur, qui après une montée demandée pour le démarrage du véhicule, chute aussitôt à une valeur nulle. Les pertes électriques liées au couple et à la vitesse redeviennent alors nulles, et on retrouve une petite puissance électrique de 0,4kW disponible qui relance à nouveau une montée du couple moteur. La succession de pointes de couple qui peuvent atteindre 200Nm, et de chutes immédiates de ce couple, génèrent un régime instable et une vibration mécanique qui est désagréable pour les passagers du véhicule. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, et de proposer un procédé de contrôle d'un moteur de traction, qui évite une oscillation de couple en mode moteur ou générateur avec réduction de puissance des accumulateurs électriques.
Elle propose à cet effet un procédé de contrôle d'une machine électrique de traction d'un véhicule, qui est alimentée par des accumulateurs électriques gérés par un système de gestion comportant un mode de fonctionnement qui, pour des températures élevées de ces accumulateurs, réduit la puissance électrique qu'ils délivrent, caractérisé en ce que dans ce mode de fonctionnement avec réduction de puissance électrique, le procédé pilote une petite vitesse de rotation de la machine électrique, en limitant le couple moteur généré en fonction de la puissance mécanique théorique disponible à partir de cette puissance électrique réduite, suivant une loi de limitation enregistrée dans une mémoire. Un avantage du procédé de contrôle selon l'invention, est qu'au démarrage de la machine électrique comportant une vitesse quasiment nulle, la puissance électrique réduite disponible génère un couple qui reste faible, et la puissance électrique consommée reste aussi faible. Les pertes électriques liées à cette puissance électrique consommée, ne montent pas brutalement, ce qui évite une chute de la puissance électrique disponible, on peut obtenir un démarrage du véhicule sans oscillation de la machine électrique. Le procédé de contrôle selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.
Avantageusement, la loi de limitation du couple, est une fonction linéaire de la puissance mécanique théorique disponible. Avantageusement, la fonction linéaire donne une limitation de couple égale à zéro pour une puissance mécanique théorique disponible qui est nulle.
En particulier, la pente de la fonction linéaire peut être définie par une limitation de couple d'environ 5Nm, pour une puissance mécanique théorique disponible de 1 kW. Avantageusement, la fonction linéaire se prolonge par des valeurs de limitation de couple négative, pour une puissance mécanique théorique disponible qui est aussi négative. Avantageusement, la puissance mécanique théorique disponible est établie à partir de la puissance électrique totale délivrable aux bornes des accumulateurs électriques, comprenant la puissance provenant directement de ces accumulateurs, ainsi que celle provenant des équipements extérieurs reliés à ces bornes qui peuvent produire une puissance électrique s'ajoutant à celle des accumulateurs, ou consommer une puissance électrique se retranchant à celle des accumulateurs. L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile comportant une machine électrique de traction alimentée par des accumulateurs électriques gérés par un système de gestion comprenant un mode de fonctionnement qui, pour des températures élevées de ces accumulateurs, réduit la puissance électrique délivrée, ce véhicule comportant un calculateur de contrôle de la machine électrique mettant en oeuvre un procédé de contrôle du couple généré par cette machine, ce calculateur comportant une mémoire comprenant pour les petites vitesses de rotation de la machine électrique, une loi de limitation du couple moteur généré en fonction de la puissance mécanique théorique disponible à partir de cette puissance électrique réduite, qui est mise en oeuvre dans le mode de fonctionnement avec réduction de puissance électrique.
Selon un mode de réalisation, le véhicule automobile est un véhicule hybride, comportant une machine électrique avant liée à un groupe motopropulseur comprenant un moteur thermique de traction du train avant, et une machine électrique de traction du train arrière, qui est pilotée par le procédé de contrôle du couple.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un graphique montrant en fonction du temps, pour la machine électrique pilotée avec un procédé selon l'art antérieur, la puissance électrique instantanée prélevée, les pertes effectives instantanées, les couples limites instantanés en mode moteur et en mode générateur, le couple moyen et la vitesse de cette machine ; - la figure 2 présente une loi de limitation du couple enregistrée dans 30 une mémoire, pour un procédé de contrôle suivant l'invention ; et - la figure 3 est un graphique montrant en fonction du temps, pour la machine électrique pilotée avec un procédé selon l'invention, les couples limites instantanés en mode moteur et en mode générateur. Par convention dans la suite de la description, les vitesses de rotation positives de la machine électrique entraînent le véhicule en marche avant, et un couple positif de cette machine tend à entraîner le véhicule vers l'avant. La machine électrique génère donc une puissance mécanique positive quand le couple et la vitesse vont dans le même sens, avec une décharge des accumulateurs électriques, et une puissance mécanique négative quand le couple et la vitesse vont en sens inverse, avec une recharge de ces accumulateurs. La figure 1 présente en fonction du temps T exprimé en seconde, pour un véhicule comportant au moins une machine électrique de traction à qui son système de pilotage demande un couple de démarrage au temps T0, avec un procédé de pilotage selon l'art antérieur, la puissance électrique instantanée 2 prélevée par le convertisseur de courant sur les accumulateurs électriques, qui se trouvent dans un mode de fonctionnement avec réduction de la puissance électrique délivrée à environ 1 kW, pour les protéger suite à une élévation trop forte de leur température.
En fonction de la puissance électrique prélevée 2 sur les accumulateurs électriques, et de l'état thermique du système électrique, on obtient pour l'ensemble de ce système électrique des pertes électriques effectives 4, qui oscillent suivant l'état de la machine électrique entre 0,6 et 4kW, avec une période d'environ 0,1 seconde.
La puissance électrique prélevée 2 avec les pertes électriques effectives 4, permettent à la machine électrique de délivrer un couple instantané moteur positif 6, qui peut être un couple moteur pour démarrer le véhicule en marche avant, ou un couple générateur pour freiner le véhicule en marche arrière.
La puissance électrique prélevée 2 et les pertes électriques effectives 4 permettent aussi de délivrer un couple limite instantané moteur négatif 8, qui peut être générateur pour freiner le véhicule en marche avant, ou moteur pour démarrer le véhicule en marche arrière. On constate dans cet exemple, des pics de couple limite instantané allant de 0 à 200Nm pour les couples positifs 6, et de -200 à ONm pour les couples négatifs 8. Les couples limites instantanés moteur positifs 6 ou négatifs 8, comportent une forte oscillation qui est liée à celle de la courbe des pertes électriques effectives 4, avec pour un maximum de pertes comme présenté au temps T1, un niveau minimum de couple moteur positif, ou un niveau maximum de couple moteur négatif. On a bien une chute du couple limite moteur instantanée 6, 8 qui est liée à l'augmentation des pertes électriques, et une remontée de ce couple moteur qui est liée à la baisse de ces pertes. L'oscillation du couple limite instantané moteur positif 6 de fréquence élevée qui est d'environ 10 Hertz, entraîne une oscillation basse fréquence d'environ 1 Hertz du couple effectif positif 10 de la machine électrique de traction, qui varie entre zéro et une faible valeur d'environ 20Nm, et une oscillation de la vitesse effective 12 de cette machine qui dépend directement de ce couple effectif. On notera que la vitesse effective 12 oscillant autour de 0, le véhicule 20 n'avance pas. L'oscillation basse fréquence de la vitesse effective 12 qui atteint des valeurs crêtes élevées de 600 trs/mn, excite fortement des modes propres de la caisse du véhicule, ce qui est très inconfortable. Le graphique de la figure 2 présente sur l'axe des abscisses la 25 puissance mécanique P théorique délivrable par la machine électrique, qui dépend de la puissance électrique que peut fournir les accumulateurs en mode de fonctionnement avec réduction de puissance électrique, et des pertes électriques, et sur l'axe des ordonnées le couple moteur T limité suivant la loi de limitation du couple définie par la courbe 20, qui est 30 enregistrée dans une mémoire d'un calculateur mettant en oeuvre le procédé de contrôle suivant l'invention.
La courbe 20 retenue pour la loi de limitation, est une fonction linéaire passant par le point 0, qui par exemple pour une puissance mécanique théorique disponible P de 5kW utilisée en marche avant, limite le couple effectif T du moteur à 25Nm.
La courbe 20 pour les puissances théoriques P positives, correspond à une décharge des accumulateurs électriques, qui peut se produire en marche avant comme en marche arrière. La courbe se prolonge pour les valeurs de puissance théoriques P négatives, correspondant à une génération de courant en marche avant ou en marche arrière, avec une limitation en couple T négative qui est de -25Nm pour une puissance négative de 5kW. Avec cette exemple de limitation en couple, pour une puissance électrique délivrable par les accumulateurs électriques de 1 kW, qui donnerait compte tenu des pertes électriques, une puissance mécanique théorique disponible P de 0,4kW, le procédé de pilotage limite le couple délivré T à 2Nm. La figure 3 présente les couples limites instantanés positif 6 ou négatif 8 déjà présentés figure 1, pour un procédé de contrôle suivant l'art antérieur, et les couples moteur instantanés positif 30 ou négatif 32 pour le procédé de contrôle suivant l'invention. On constate qu'avec la limitation en couple réalisée pour une puissance mécanique théorique disponible P de 0,4kW, le couple moteur T instantané positif 30 oscille entre 0 et un maximum de 10Nm, et le couple négatif 32 entre un minimum de 10Nm et 0. Ces oscillations de très faible amplitude, ne génèrent pas de désagrément pour les passagers du véhicule. D'une manière générale, la puissance mécanique théorique disponible P est établie à partir de la puissance électrique totale disponible aux bornes des accumulateurs électriques, comprenant la puissance provenant directement de ces accumulateurs, ainsi que celle provenant des équipements extérieurs reliés à ces bornes, qui peuvent produire une puissance électrique s'ajoutant à celle des accumulateurs, ou consommer une puissance électrique se retranchant à celle des accumulateurs. On prend ainsi en compte en temps réel les consommations électriques nécessaires pour le fonctionnement du véhicule, par exemple pour le réseau de bord ou le fonctionnement d'un moteur thermique, qui sont retirées de cette puissance électrique délivrée par les accumulateurs, ainsi que les productions d'énergie venant par exemple d'une autre machine électrique de traction utilisée en générateur, qui sont ajoutées. Le procédé suivant l'invention peut s'appliquer à un véhicule comportant une ou plusieurs machines électriques de traction. En particulier dans le cas d'un véhicule hybride comportant une machine électrique liée au groupe motopropulseur comprenant un moteur thermique de traction du train avant, et une machine électrique de traction du train arrière, on peut utiliser le procédé de contrôle suivant l'invention pour piloter la machine électrique arrière, la machine électrique avant générant une puissance électrique qui s'ajoute à celle délivrée par les accumulateurs fonctionnant avec le mode de réduction de puissance, pour calculer la puissance électrique totale disponible.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1 - Procédé de contrôle d'une machine électrique de traction d'un véhicule, qui est alimentée par des accumulateurs électriques gérés par un système de gestion comportant un mode de fonctionnement qui, pour des températures élevées de ces accumulateurs, réduit la puissance électrique qu'ils délivrent, caractérisé en ce que dans ce mode de fonctionnement avec réduction de puissance électrique, le procédé pilote une petite vitesse de rotation de la machine électrique, en limitant le couple moteur généré (T) en fonction de la puissance mécanique théorique disponible (P) à partir de cette puissance électrique réduite, suivant une loi de limitation (20) enregistrée dans une mémoire.
  2. 2 - Procédé de contrôle suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la loi de limitation (20) du couple (T), est une fonction linéaire de la 15 puissance mécanique théorique disponible (P).
  3. 3 - Procédé de contrôle suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la fonction linéaire donne une limitation de couple (T) égale à zéro pour une puissance mécanique théorique disponible (P) qui est nulle.
  4. 4 - Procédé de contrôle suivant la revendication 3, caractérisé en ce 20 que la pente de la fonction linéaire est définie par une limitation de couple (T) d'environ 5Nm, pour une puissance mécanique théorique disponible (P) de 1kW.
  5. 5 - Procédé de contrôle suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la fonction linéaire se prolonge par des valeurs de limitation de couple 25 (T) négative, pour une puissance mécanique théorique disponible (P) qui est aussi négative.
  6. 6 - Procédé de contrôle suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la puissance mécanique théorique disponible (P) est établie à partir de la puissance électrique totale délivrable 30 aux bornes des accumulateurs électriques, comprenant la puissance provenant directement de ces accumulateurs, ainsi que celle provenant deséquipements extérieurs reliés à ces bornes qui peuvent produire une puissance électrique s'ajoutant à celle des accumulateurs, ou consommer une puissance électrique se retranchant à celle des accumulateurs.
  7. 7 - Véhicule automobile comportant une machine électrique de traction alimentée par des accumulateurs électriques gérés par un système de gestion comprenant un mode de fonctionnement qui, pour des températures élevées de ces accumulateurs, réduit la puissance électrique délivrée, ce véhicule comportant un calculateur de contrôle de la machine électrique mettant en oeuvre un procédé de contrôle du couple (T) délivré par cette machine, caractérisé en ce que le calculateur comporte une mémoire comprenant pour les petites vitesses de rotation de la machine électrique, une loi de limitation (20) du couple moteur généré (T) en fonction de la puissance mécanique théorique disponible (P) à partir de cette puissance électrique réduite, qui est mise en oeuvre dans le mode de fonctionnement avec réduction de puissance électrique.
  8. 8 - Véhicule automobile suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est un véhicule hybride comportant une machine électrique avant liée à un groupe motopropulseur comprenant un moteur thermique de traction du train avant, et une machine électrique de traction du train arrière, qui est pilotée par le procédé de contrôle du couple (T).
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