FR3007221A1 - Procede de securisation du reseau haute tension d'un vehicule electrique ou hybride - Google Patents

Procede de securisation du reseau haute tension d'un vehicule electrique ou hybride Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de sécurisation d'un réseau haute tension d'une chaîne de traction électrique d'un véhicule électrique ou hybride du type comprenant deux machines électriques alimentées par une batterie, ledit procédé comprenant une étape de gestion de consignes de puissance électrique (Puissmachine1, PuissMachine2) destinées aux dites deux machines électriques suivant une décision de répartition de puissance consécutive à l'intervention d'une requête de sécurité sur l'une au moins desdites machines. Selon l'invention, ladite étape de gestion desdites consignes de puissance consiste à déterminer pour chaque machine électrique, des bornes minimale et maximale de puissance électrique apte à être fournie par ladite machine électrique (PuissMinMachine1, PuissMaxMachine1, PuissMinMachine2, PuissMaxMachine2) et à imposer, en amont de ladite décision, une limitation de puissance de chaque machine en fonction desdites bornes minimale et maximale permettant de garantir l'intégrité dudit réseau haute tension.

Description

Procédé de sécurisation du réseau haute tension d'un véhicule électrique ou hybride La présente invention concerne le domaine des véhicules électriques ou hybrides. Elle concerne plus particulièrement un procédé de sécurisation d'un réseau haute tension d'une chaîne de traction électrique d'un véhicule électrique ou hybride du type comprenant deux machines électriques alimentées par une batterie haute tension (ou batterie de traction), ledit procédé comprenant une étape de gestion de consignes de puissance électrique destinées aux dites deux machines électriques suivant une décision de répartition de puissance consécutive à l'intervention d'une requête de sécurité sur l'une au moins desdites machines. Dans les véhicules automobiles électriques ou hybrides présentant une chaîne de traction équipée de deux machines électriques, on utilise ces machines électriques pour fournir le couple moteur nécessaire à l'entraînement du véhicule. Pour ce faire, une puissance électrique est fournie aux machines électriques par une batterie. En fonction du point de fonctionnement du véhicule et de la répartition de couple entre les deux machines électriques, il est possible de dépasser les 20 limites de fonctionnement du réseau électrique du véhicule, un tel dépassement étant susceptible de porter atteinte à l'intégrité du réseau en dégradant les organes constituant la chaîne de traction électrique du véhicule. On connaît déjà dans l'état de la technique de nombreuses stratégies de répartition de consigne de couple (avec ou sans mécanisme de régulation) sur 25 plusieurs organes d'une chaîne de traction électrique. Le brevet WO 2008/093687 décrit une stratégie de limitation du couple moteur visant à limiter les pertes dans la machine électrique et à maximiser ainsi l'autonomie de roulage. Cette stratégie est basée sur des cartographies qui fournissent des valeurs de pertes en fonction du couple et de la vitesse de 30 rotation de la machine électrique, de sorte qu'en réponse à une requête de couple pour laquelle les caractéristiques de perte correspondantes dépassent un certain seuil, la consigne de couple est limitée aux points de fonctionnement de la machine où les pertes sont en deçà de ce seuil. Ainsi, les points de fonctionnement de la machine électrique sont cantonnés dans un domaine de bon rendement de celle-ci. On connaît également du document de brevet EP1224092 une méthode de répartition de puissance entre deux machines électriques d'une chaîne de traction d'un véhicule hybride, dans laquelle on calcule des consignes de couples de la première et de la deuxième machine électrique en fonction de trois grandeurs de consigne, l'accélération et le couple du moteur thermique et le couple à la roue, définies entre des bornes minimales et maximales calculées pour respecter les limites des moteurs et de la batterie notamment en puissance. Cependant, cette méthode de répartition de puissance entre les deux machines ne garantit pas l'intégrité du réseau électrique dans le cadre d'un mode de fonctionnement différent des deux machines, en particulier lorsque l'une des machines fonctionne en mode générateur et l'autre en mode moteur.
Dans ce contexte, un but de l'invention est de proposer une stratégie permettant d'assurer en toutes circonstances l'intégrité du réseau haute tension d'une chaîne de traction d'un véhicule possédant deux machines électriques. A cette fin, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que ladite étape de gestion desdites consignes de puissance consiste à déterminer pour chaque machine électrique, des bornes minimale et maximale de puissance électrique apte à être fournie par ladite machine électrique et à imposer, en amont de ladite décision, une limitation de puissance de chaque machine en fonction desdites bornes minimale et maximale permettant de garantir l'intégrité dudit réseau haute tension. Selon d'autres caractéristiques avantageuses du procédé conforme à l'invention, prises isolément ou en combinaison : - la détermination desdites bornes minimale et maximale respectivement pour chaque machine électrique prend en compte l'ensemble des limitations électriques liées à ladite batterie, d'une part et l'ensemble des limitations électriques liées à chaque machine électrique, d'autre part ; - la détermination desdites bornes minimale et maximale respectivement pour chaque machine électrique résulte d'un arbitrage assurant une répartition de la puissance électrique disponible au niveau de ladite batterie en puissances minimale et maximale réparties pour chaque machine respectivement, lesdites bornes minimales et maximales de puissance étant établies pour chaque machine en fonction dudit arbitrage en tenant compte desdites limitations électriques liées à chaque machine. - ledit arbitrage est effectuée en fonction d'une puissance minimale et d'une puissance maximale disponible à un instant T au niveau de ladite batterie, déterminées en tenant compte desdites limitations électriques liées à ladite batterie. - les consignes de puissance électrique sont établies en fonction de 10 valeurs de puissance cible que doivent fournir lesdites deux machines électriques déterminées en fonction de la position d'un organe de commande d'accélérateur, notamment une pédale. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de 15 l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 montre un schéma d'un système de commande de la chaîne de traction électrique du véhicule, permettant de définir la puissance que doit fournir chaque machine électrique ; 20 - la Figure 2 montre un schéma du module de détermination des limitations électriques illustré à la figure 1, conçu pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention. Chaque machine électrique, couramment appelée moteur-générateur électrique, a deux modes de fonctionnement : un mode moteur et un mode 25 générateur. Dans le mode moteur, lorsque la puissance fournie par la machine électrique est positive, celle-ci consomme de l'énergie électrique sur le réseau haute tension du véhicule pour convertir cette énergie électrique en énergie mécanique. Dans le mode générateur, la puissance fournie par la machine électrique est au contraire négative et elle apporte, dans ce mode de 30 fonctionnement, de l'énergie électrique sur le réseau haute tension du véhicule. Le principe de l'invention est de réaliser une stratégie de limitation des puissances des deux machines électriques de la chaîne de traction électrique et ce, avant même l'intervention d'une requête de sécurité sur l'une ou l'autre des deux machines, par opposition aux stratégies de l'art antérieur où les limitations de puissance des machines sont systématiquement redéfinies après l'intervention d'une telle requête, de sorte qu'il y a toujours un retard à cette redéfinition. Un mode de réalisation d'un système de commande 10 de la chaîne de traction électrique permettant de définir la puissance que doit fournir chaque machine électrique est décrit ci-après en référence à la figure 1. Il comprend trois modules. Un premier module 11 est conçu pour déterminer les puissances cibles que doit fournir chaque machine électrique, respectivement PuissCibleMachinel et PuissCibleMachine2, suivant des informations reçues en entrée du module 11, comprenant d'une part, une commande de consigne de couple générée en fonction de la position d'un organe de commande d'accélérateur, notamment une pédale et, d'autre part, des états du véhicule, définis en particulier par la vitesse du véhicule. Un deuxième module 12 de détermination des limitations électriques, dont l'architecture sera détaillée plus loin en référence à la figure 2, est conçu pour prendre en compte les limitations liées à la batterie (« Limitations Batterie ») et les limitations liées aux machines électriques (« Limitations Machines »). Enfin, un troisième module 13 de gestion des consignes de puissance prend en compte les puissances cibles, les limitations électriques fournies par le module 12 de détermination des limitations électriques et les requêtes de sécurité (« Requêtes Safety ») intervenant sur les machines électriques susceptibles d'impacter le fonctionnement des machines (anti-patinage par exemple), afin de déterminer des consignes de puissance définissant la puissance optimale que doit fournir chaque machine électrique, respectivement Puissmachinel et PuissMachine2. Un mode de réalisation du module 12 de détermination des limitations électriques est décrit ci-après en référence à la figure 2. Le mode opératoire sur lequel repose le procédé de sécurisation du réseau haute tension selon l'invention consiste à identifier et à distinguer précisément les types de limitations intervenant sur les machines électriques. En effet, classiquement, les limitations sont celles de la batterie et celles des machines. Cependant, les limitations de la batterie s'appliquent sur les deux machines électriques, tandis que les limitations des machines électriques sont spécifiques à chaque machine. 300 722 1 5 Aussi, le module 12 de détermination des limitations électriques comprend quatre sous-modules. Un premier sous-module 121 de détermination des limitations de la batterie est conçu pour centraliser toutes les limitations électriques liées à la batterie (« Limitations Batterie ») et pour produire en 5 fonction de ces limitations une puissance minimale et une puissance maximale disponible à l'instant T au niveau de la batterie, respectivement PuissMinBatterieDispo et PuissMaxBatterieDispo, qui s'appliquent à toutes les machines électriques de la chaîne de traction électrique. Le module 12 comprend un deuxième sous-module 122 de détermination 10 des limitations électriques de la première machine électrique (Machine 1) et un troisième sous-module 123 de détermination des limitations électriques de la deuxième machine électrique (Machine 2), chacun de ces sous-modules étant conçu pour centraliser les limitations liées à la machine électrique correspondante (« Limitations Machine 1 » ; « Limitations Machine 2 »). En 15 sortie du module 12, chaque sous-module 122, 123 produit pour chaque machine électrique, respectivement Machine 1 et Machine 2, une puissance minimale et une puissance maximale devant être respectées pour assurer l'intégrité du réseau haute tension du véhicule, respectivement PuissMinMachinel et PuissMaxMachine1, et PuissMinMachine2 et 20 PuissMaxMachine2. Enfin, le module 12 comprend un quatrième sous-module 124 d'arbitrage. Ce sous-module 124 d'arbitrage reçoit en entrées les données de puissances minimale et maximale disponibles au niveau de la batterie, telles que produites par le module 121 de détermination des limitations de la batterie. En fonction 25 de ces données, le sous-module 124 d'arbitrage est conçu pour assurer la répartition de la puissance électrique disponible au niveau de la batterie en puissances minimale et maximale réparties pour chaque machine, respectivement PuissMinBatterieMachinel et PuissMaxBatterieMachine1, et PuissMinBatterieMachine2 et PuissMaxBatterieMachine2, à partir desquelles 30 les sous-modules 122, 123 vont établir les bornes maximales et minimales de puissance pour chaque machine, aptes à permettre d'assurer l'intégrité du réseau haute tension du véhicule, en tenant compte des limitations respectives propres à chaque machine.
L'exemple numérique ci-après illustre la problématique de détermination des limitations des puissances des deux machines électriques afin d'assurer l'intégrité du réseau électrique. Selon cet exemple, à l'instant T, le véhicule présente l'état suivant : PuissMinBatterieDispo = -20kW et PuissMaxBatterieDispo = 30kW PuissMinMachinel = -40kW et PuissMaxMachinel = 40kW PuissMinMachine2 = -40kW et PuissMaxMachine2 = 40kW PuissCibleMachinel = 40kW et PuissCibleMachine2 = -40kW A l'instant T, l'intégrité du réseau est respecté car les consignes de puissance pour chaque machine électrique, respectivement Puissmachinel et PuissMachine2, telles que déterminées par le module 13 de gestion des consignes de puissance, sont bien comprises entre les bornes maximales et minimales de puissance respectives déterminées pour chaque machine, comme expliqué précédemment en référence à la figure 2. Ainsi : PuissMinMachinel <= PuissMachinel <= PuissMaxMachinel (1); PuissMinMachine2 <= PuissMachine2 <= PuissMaxMachine2 (2); Au surplus, les puissances cumulées demandées au niveau des deux machines électriques par le module 13 de gestion de puissance sont bien comprises entre les puissances minimale et maximale disponibles à l'instant T au niveau de la batterie. Ainsi : PuissMinBatterieDispo<=PuissMachine1+PuissMachine2<=PuissMaxBatterieDispo En raison des deux premières inéquations (1) et (2) et de l'absence d'intervention de requêtes de sécurité sur une machine, on a : PuissMachinel = PuissCibleMachinel ; et PuissMachine2 = PuissCibleMachine2 Si à l'instant T+T1, suite à l'intervention d'une requête de sécurité, (antipatinage par exemple), on réduit la puissance de la machine 1 de telle manière que PuissMachinel = 10kW, alors l'intégrité du réseau n'est plus respectée. En effet, on a toujours les consignes de puissance pour chaque machine électrique, respectivement Puissmachinel et PuissMachine2, qui sont bien comprises entre les bornes maximales et minimales de puissance respectives déterminées pour chaque machine, soit : PuissMinMachinel <= PuissMachinel <= PuissMaxMachinel ; et PuissMinMachine2 <= PuissMachine2 <= PuissMaxMachine2 Mais, dans ce cas, les puissances cumulées demandées au niveau des deux machines électriques par le module 13 de gestion de puissance ne respectent plus les puissances minimale et maximale disponibles à l'instant T au niveau de la batterie, en particulier : PuissMachinel + PuissMachine2 > PuissMinBatterieDispo Or, si on considère que les limitations dues à l'intervention d'une requête de sécurité n'interviennent que sur une machine, en l'occurrence la machine 1, on doit s'assurer qu'il est possible de mettre cette machine à puissance nulle avec des limitations pour la machine 2 aptes à assurer l'intégrité du réseau.
Ceci se traduit par les conditions suivantes : On veut déterminer les bornes minimale et maximale de puissance pour la machine 2 apte à permettre d'assurer l'intégrité du réseau haute tension du véhicule, respectivement PuissMinMachine2 et PuissMaxMachine2, telles que si .
PuissMachinel = 0 ; et PuissMinMachine2 <= PuissMachine2 <= PuissMaxMachine2 ; alors : PuissMinBatterieDispo <= PuissMachinel + PuissMachine2 <= PuissMaxBatterieDispo Dit autrement, si PuissMachinel = 0, alors il suffit de s'assurer que : PuissMinBatterieDispo <= PuissMachine2 <= PuissMaxBatterieDispo On peut donc définir les limitations de la machine 2 de la manière suivante : PuissMinMachine2 = PuissMinBatterieDispo ; et PuissMaxMachine2 = PuissMaxBatterieDispo Aussi, en appliquant ces nouvelles limitations déterminées pour la machine 2 à l'exemple numérique ci-dessus, on obtient à l'instant T : PuissMachinel = 40kW ; et PuissMachine2 = -20kW A cet instant T, l'intégrité du réseau est respectée, car les consignes de puissance pour chaque machine électrique sont bien comprises entre les bornes maximales et minimales de puissance respectives déterminées pour chaque machine, PuissMinMachinel <= PuissMachinel <= PuissMaxMachinel ; et PuissMinMachine2 <= PuissMachine2 <= PuissMaxMachine2 Et, en même temps, les puissances cumulées demandées au niveau des deux machines électriques respectent les puissances minimale et maximale disponibles au niveau de la batterie, ce qui se traduit par : PuissMinBatterieDispo <= PuissMachinel + PuissMachine2 <= PuissMaxBatterieDispo A l'instant T+T1, lors de l'intervention de la requête de sécurité sur la machine 1, l'intégrité du réseau est également assuré grâce à l'application des nouvelles limitations pour la machine 2. En effet, à l'instant T+T1, on a, selon l'exemple ci-dessus : PuissMachinel = 1 OkW et PuissMachine2 = -20kW L'intégrité du réseau est bien respectée car : PuissMinMachinel <= PuissMachinel <= PuissMaxMachinel ; et PuissMinMachine2 <= PuissMachine2 <= PuissMaxMachine2 ; et PuissMinBatterieDispo <= PuissMachinel + PuissMachine2 <= PuissMaxBatterieDispo Aussi, en prévoyant d'imposer des limitations à la puissance des deux machines en amont d'une décision de répartition de puissance, le procédé de l'invention permet d'assurer l'intégrité du réseau électrique pour toute intervention d'une requête de sécurité sur une machine électrique dans une chaîne de traction électrique constituée de deux machines électriques et notamment, lorsque l'une des machines fonctionne en mode générateur et l'autre en mode moteur.

Claims (5)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de sécurisation d'un réseau haute tension d'une chaîne de traction électrique d'un véhicule électrique ou hybride du type comprenant deux machines électriques alimentées par une batterie, ledit procédé comprenant une étape de gestion de consignes de puissance électrique (Puissmachine1, PuissMachine2) destinées aux dites deux machines électriques suivant une décision de répartition de puissance consécutive à l'intervention d'une requête de sécurité sur l'une au moins desdites machines, caractérisé en ce que ladite étape de gestion desdites consignes de puissance consiste à déterminer pour chaque machine électrique, des bornes minimale et maximale de puissance électrique apte à être fournie par ladite machine électrique (PuissMinMachine1, PuissMaxMachine1, PuissMinMachine2, PuissMaxMachine2) et à imposer, en amont de ladite décision, une limitation de puissance de chaque machine en fonction desdites bornes minimale et maximale permettant de garantir l'intégrité dudit réseau haute tension.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination desdites bornes minimale et maximale respectivement pour chaque machine électrique (PuissMinMachine1, PuissMaxMachine1, PuissMinMachine2, PuissMaxMachine2) prend en compte l'ensemble des limitations électriques liées à ladite batterie, d'une part et l'ensemble des limitations électriques liées à chaque machine électrique, d'autre part.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la détermination desdites bornes minimale et maximale respectivement pour chaque machine électrique (PuissMinMachine1, PuissMaxMachine1, PuissMinMachine2, PuissMaxMachine2) résulte d'un arbitrage assurant une répartition de la puissance électrique disponible au niveau de ladite batterie en puissances minimale et maximale réparties pour chaque machine respectivement (PuissMinMachine1, PuissMaxMachine1, PuissMinMachine2, PuissMaxMachine2), lesdites bornes minimales et maximales de puissance étant établies pour chaque machine en fonction dudit arbitrage en tenant compte desdites limitations électriques liées à chaque machine.
  4. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit arbitrage est effectuée en fonction d'une puissance minimale et d'unepuissance maximale disponible à un instant T au niveau de ladite batterie (PuissMinBatterieDispo, PuissMaxBatterieDispo), déterminées en tenant compte desdites limitations électriques liées à ladite batterie.
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les consignes de puissance électrique sont établies en fonction de valeurs de puissance cible que doivent fournir lesdites deux machines électriques déterminées en fonction de la position d'un organe de commande d'accélérateur, notamment une pédale.10
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