FR3043285B1 - METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING A ROTARY ELECTRIC MACHINE OF A MOTOR VEHICLE, AND CORRESPONDING MACHINE - Google Patents
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Abstract
La machine électrique tournante est du type de celles à double tension et plusieurs phases (15) et comprend un rotor couplé mécaniquement (9) à un moteur thermique (10) du véhicule, un stator comportant des premiers enroulements de phases en étoile connectés à un premier onduleur relié à un premier sous-réseau (2) d'un réseau électrique (16) d'alimentation du véhicule à une première tension continue nominale, et des seconds enroulements de phases connectés à un second onduleur réversible relié à un second sous-réseau (5) du réseau électrique à une seconde tension continue nominale, inférieure à la première tension continue nominale, et un circuit de transfert reliant électriquement un point neutre des premiers enroulements au second sous-réseau. Conformément à l'invention, le procédé, dans un mode de fonctionnement de la machine à l'arrêt en convertisseur courant continu - courant continu, prévoit un pilotage du premier onduleur en modulation en largeur d'impulsions en fonction d'une puissance fournie au second sous-réseau selon une stratégie de pilotage prédéterminée.The rotating electrical machine is of the type of two-voltage and multi-phase (15) and comprises a rotor mechanically coupled (9) to a heat engine (10) of the vehicle, a stator having first star phase windings connected to a first inverter connected to a first sub-network (2) of a vehicle power supply network (16) at a first nominal DC voltage, and second phase windings connected to a second reversible inverter connected to a second sub-network. network (5) of the electrical network at a second nominal DC voltage, less than the first nominal DC voltage, and a transfer circuit electrically connecting a neutral point of the first windings to the second sub-array. According to the invention, the method, in a mode of operation of the machine at the stop in DC-DC converter, provides control of the first inverter in pulse width modulation as a function of a power supplied to the second subnet according to a predetermined driving strategy.
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF DE COMMANDE D’UNE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE DE VEHICULE AUTOMOBILE,METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING A ROTATING ELECTRIC MACHINE OF A MOTOR VEHICLE,
ET MACHINE CORRESPONDANTE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION. L'invention concerne un procédé et un dispositif de commande d'une machine électrique tournante de véhicule automobile, ainsi qu'une telle machine comprenant ce dispositif. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION.AND CORRESPONDING MACHINE TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The invention relates to a method and a device for controlling a rotating electric machine of a motor vehicle, and to such a machine comprising this device. BACKGROUND ART OF THE INVENTION.
Les véhicules automobiles à moteur thermique comportent classiquement un réseau électrique de bord comprenant une batterie, généralement de 12 V, destiné à alimenter en énergie électrique les divers équipements, notamment un démarreur, indispensable pour assurer le démarrage du moteur thermique. Après le démarrage, un alternateur accouplé au moteur thermique assure la charge de la batterie.Motor vehicles with a combustion engine conventionally comprise an on-board electrical network comprising a battery, generally 12 V, intended to supply electrical energy to various equipment, in particular a starter, which is essential for starting the engine. After starting, an alternator coupled to the engine ensures the charging of the battery.
De nos jours, le développement de l'électronique de puissance permet d'alimenter et de piloter une seule machine électrique tournante polyphasée réversible qui remplace avantageusement le démarreur et l'alternateur.Nowadays, the development of power electronics allows to power and control a single reversible polyphase rotating electric machine which advantageously replaces the starter and the alternator.
Dans un premier temps, cette machine, connue sous le nom d'alterno-démarreur, avait essentiellement pour but de remplir les fonctions autrefois dédiées à l'alternateur et au démarreur, et, accessoirement, de récupérer l'énergie au freinage, ou d'apporter un supplément de puissance et de couple au moteur thermique.Initially, this machine, known as alternator-starter, was primarily intended to perform the functions formerly dedicated to the alternator and the starter, and, secondarily, to recover the energy when braking, or d 'bring extra power and torque to the engine.
Dans le but d'accroître la puissance et d'améliorer le rendement de l'alterno-démarreur en augmentant sa tension de fonctionnement tout en conservant la possibilité d'utiliser des autres équipements standards, prévus pour une alimentation de 12 V à 14 V, notamment les batteries au plomb, a été développée une architecture bi-tension.In order to increase the power and improve the efficiency of the alternator-starter by increasing its operating voltage while maintaining the possibility of using other standard equipment, provided for a power supply of 12 V to 14 V, including lead batteries, was developed a bi-voltage architecture.
Cette architecture consiste en un réseau électrique de puissance reliant l'alterno-démarreur à un élément de stockage d'énergie électrique fonctionnant à une tension supérieure à 14 V, pouvant atteindre 48 V, et en un réseau électrique de service à 12 V reliant tous les autres équipements. L'adaptation des niveaux de tensions entre les deux réseaux est assurée par un convertisseur continu- continu réversible, généralement d'une puissance comprise entre 1,5 kW et 3 kW.This architecture consists of an electrical power network connecting the starter-alternator to an electrical energy storage element operating at a voltage greater than 14 V, up to 48 V, and a 12 V service electrical network connecting all other equipment. The adaptation of the voltage levels between the two networks is ensured by a reversible DC-DC converter, generally with a power of between 1.5 kW and 3 kW.
Dans ce contexte, la structure du convertisseur continu- continu réversible est choisie pour maximiser le rendement (95% par exemple) à un coût raisonnable, mais ce convertisseur doit être intégré dans le véhicule (boîtier d'environ 25 cm par 20 cm sur 8 cm), doit aussi être refroidi, et représente un coût additionnel en soi.In this context, the structure of the reversible DC-DC converter is chosen to maximize the efficiency (95% for example) at a reasonable cost, but this converter must be integrated into the vehicle (housing about 25 cm by 20 cm out of 8 cm), must also be cooled, and represents an additional cost per se.
Par conséquent pour simplifier la structure du véhicule, il est connu d'utiliser dans une architecture de réseaux bi-tension une machine électrique tournante double tension spécifique capable de réaliser la conversion continu- continu pour alimenter les charges 12 V.Therefore, in order to simplify the structure of the vehicle, it is known to use, in a two-voltage network architecture, a specific dual-voltage electrical rotating machine capable of performing DC-DC conversion to supply the 12 V loads.
Cette machine électrique est généralement une machine double-triphasée dans laquelle sont intégrés un premier onduleur réversible connecté à un premier réseau à haute tension (48 V) et un second onduleur réversible connecté à un second réseau à basse tension (12 V).This electrical machine is generally a two-three-phase machine in which are incorporated a first reversible inverter connected to a first high voltage network (48 V) and a second reversible inverter connected to a second low voltage network (12 V).
Une machine de ce type est décrite notamment dans la demande de brevet américain US2014/0375232.A machine of this type is described in particular in the US patent application US2014 / 0375232.
Quand la machine ne tourne pas, les doubles enroulements de phases d'un stator font fonction de transformateur comme dans un convertisseur continu-continu conventionnel.When the machine is not running, the double phase windings of a stator act as a transformer as in a conventional DC-DC converter.
Mais les enroulements de phases de ce type de machine ont une inductance très faible comparée à celle que l'on trouve dans un convertisseur continu- continu adapté, et les pertes fer dans le stator sont beaucoup plus élevées.But the phase windings of this type of machine have a very low inductance compared to that found in a suitable DC-DC converter, and the iron losses in the stator are much higher.
Cela a pour résultat que le rendement de la conversion est assez faible comparé à celui d'un convertisseur adapté, ce qui représente un inconvénient alors que par ailleurs l'architecture bi-tension est simplifiée. DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION.This has the result that the efficiency of the conversion is quite low compared to that of a suitable converter, which represents a disadvantage, while in addition the bi-voltage architecture is simplified. GENERAL DESCRIPTION OF THE INVENTION
La présente invention vise donc à pallier cet inconvénient grâce à un procédé et un dispositif de commande spécifiques.The present invention therefore aims to overcome this disadvantage by means of a specific method and a control device.
Le procédé de commande dont il s'agit concerne une machine électrique tournante de véhicule automobile du type de celles double tension à plusieurs phases réversible comprenant: - un rotor apte à être couplé mécaniquement à un moteur thermique du véhicule automobile; - un stator comportant des premiers enroulements de phases en étoile connectés à un premier onduleur réversible apte à être relié par une première borne de sortie à un premier sous-réseau d'un réseau électrique d'alimentation des équipements du véhicule automobile à une première tension continue nominale prédéterminée par rapport à un potentiel de référence d'une borne de masse, et des seconds enroulements de phases connectés à un second onduleur réversible apte à être relié par une seconde borne de sortie à un second sous-réseau du réseau électrique d'alimentation à une seconde tension continue nominale prédéterminée par rapport au potentiel de référence inférieure à la première tension continue nominale prédéterminée; - un circuit de transfert reliant électriquement un point neutre des premiers enroulements de phases à la seconde borne de sortie.The control method in question relates to a rotating electric machine of a motor vehicle of the type of double-voltage reversible multi-phase comprising: - a rotor capable of being mechanically coupled to a thermal engine of the motor vehicle; a stator comprising first star phase windings connected to a first reversible inverter adapted to be connected by a first output terminal to a first sub-network of an electrical supply network for the equipment of the motor vehicle at a first voltage; predetermined nominal continuous current with respect to a reference potential of a ground terminal, and second phase windings connected to a second reversible inverter adapted to be connected by a second output terminal to a second sub-network of the electrical network; supplying at a predetermined second nominal DC voltage with respect to the reference potential lower than the first predetermined nominal DC voltage; a transfer circuit electrically connecting a neutral point of the first phase windings to the second output terminal.
Dans le procédé de l'invention, dans un mode de fonctionnement de la machine à l'arrêt en convertisseur courant continu - courant continu, on pilote le premier onduleur en modulation en largeur d'impulsions en fonction d'une puissance fournie au second sous-réseau selon une stratégie de pilotage prédéterminée.In the method of the invention, in a mode of operation of the machine at the stop in DC-DC converter, the first inverter is modulated in pulse width modulation as a function of a power supplied to the second sub. -Network according to a predetermined steering strategy.
Selon l'invention, cette stratégie de pilotage comprend au moins un changement d'un mode de pilotage courant pris dans un groupe de modes de pilotage prédéterminés du premier onduleur au passage de la puissance d'un seuil de puissance courant pris dans un ensemble de seuils de puissance prédéterminés.According to the invention, this control strategy comprises at least one change from a current control mode taken in a group of predetermined control modes of the first inverter to the passage of the power of a current power threshold taken in a set of predetermined power thresholds.
Ce groupe comprend, selon l'invention: - un premier mode de pilotage dans lequel on pilote une seule des phases en mode discontinu; - un deuxième mode de pilotage dans lequel on pilote une seule des phases en mode continu; - un troisième mode de pilotage dans lequel on pilote en phase deux des phases; - un quatrième mode de pilotage dans lequel on pilote deux des phases avec un premier déphasage prédéterminé; - un cinquième mode de pilotage dans lequel on pilote en phase trois des phases; - un sixième mode de pilotage dans lequel on pilote trois des phases avec un second déphasage prédéterminé.This group comprises, according to the invention: a first control mode in which one of the phases is piloted in discontinuous mode; a second control mode in which one of the phases is piloted in continuous mode; a third control mode in which two of the phases are piloted; a fourth control mode in which two of the phases are piloted with a first predetermined phase shift; a fifth control mode in which phase three of the phases is piloted; a sixth control mode in which three of the phases are piloted with a second predetermined phase shift.
Dans le premier mode de pilotage on déconnecte un enroulement actif des premiers enroulements de phases de la borne de masse, ou bien l'on ouvre un interrupteur du circuit de transfert, quand cet enroulement actif n'est pas alimenté.In the first control mode, an active winding of the first phase windings of the ground terminal is disconnected, or a switch of the transfer circuit is opened when this active winding is not energized.
Selon l'invention encore, l'ensemble de seuils de puissance prédéterminés comprend un seuil bas, un seuil moyen, un seuil haut.According to the invention, the set of predetermined power thresholds comprises a low threshold, a mean threshold, a high threshold.
Chacun de ces seuils de puissance présente une plage d'hystérésis prédéterminée.Each of these power thresholds has a predetermined hysteresis range.
Dans la stratégie de pilotage d'un mode de réalisation du procédé de commande selon l'invention, la machine étant une machine double-triphasée, le mode de pilotage courant est le cinquième mode de pilotage en dessous du seuil moyen et le sixième mode au dessus de ce seuil moyen.In the control strategy of one embodiment of the control method according to the invention, the machine being a two-three-phase machine, the current driving mode is the fifth driving mode below the average threshold and the sixth driving mode is above this average threshold.
Dans la stratégie de pilotage d'un autre mode de réalisation du procédé de commande selon l'invention, la machine étant également une machine double-triphasée, le mode de pilotage courant est le premier mode de pilotage en dessous du seuil bas, le deuxième mode de pilotage au dessus du seuil bas et en dessous du seuil moyen, le troisième mode de pilotage ou le quatrième mode de pilotage au dessus du seuil moyen et en dessous du seuil haut, et le cinquième mode de pilotage ou le sixième mode de pilotage au dessus du seuil haut. L'invention concerne aussi un dispositif de commande d'une machine électrique tournante de véhicule automobile apte à la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessusIn the control strategy of another embodiment of the control method according to the invention, the machine being also a double-three-phase machine, the current driving mode is the first driving mode below the low threshold, the second control mode above the low threshold and below the average threshold, the third control mode or the fourth control mode above the average threshold and below the high threshold, and the fifth control mode or the sixth control mode above the high threshold. The invention also relates to a device for controlling a rotating electric machine of a motor vehicle capable of carrying out the method described above.
Cette machine est du type de celles double tension à plusieurs phases réversible comprenant: - un rotor apte à être couplé mécaniquement à un moteur thermique du véhicule automobile; - un stator comportant des premiers enroulements de phases en étoile connectés à un premier onduleur réversible apte à être relié par une première borne de sortie à un premier sous-réseau d'un réseau électrique d'alimentation des équipements de ce véhicule automobile à une première tension continue nominale prédéterminée par rapport à un potentiel de référence d'une borne de masse, et des seconds enroulements de phases connectés à un second onduleur réversible apte à être relié par une seconde borne de sortie à un second sous-réseau du réseau électrique d'alimentation à une seconde tension continue nominale prédéterminée par rapport au potentiel de référence inférieure à la première tension continue nominale prédéterminée; - un circuit de transfert reliant électriquement un point neutre des premiers enroulements de phases à la seconde borne de sortie.This machine is of the type of double-voltage reversible multi-phase comprising: - a rotor adapted to be mechanically coupled to a thermal engine of the motor vehicle; a stator comprising first star phase windings connected to a first reversible inverter adapted to be connected by a first output terminal to a first sub-network of an electrical supply network for the equipment of this motor vehicle to a first predetermined nominal DC voltage relative to a reference potential of a ground terminal, and second phase windings connected to a second reversible inverter adapted to be connected by a second output terminal to a second sub-network of the electrical network; supplying at a predetermined second nominal DC voltage with respect to the reference potential lower than the first predetermined nominal DC voltage; a transfer circuit electrically connecting a neutral point of the first phase windings to the second output terminal.
Selon l'invention, ce dispositif de commande comprend: - des moyens de mémorisation d'un groupe de modes de pilotage du premier onduleur en modulation en largeur d'impulsions dans un mode de fonctionnement de la machine à l'arrêt en convertisseur courant continu - courant continu, et d'un ensemble de seuils de puissance; - des moyens de détermination d'une puissance fournie au second sous-réseau; - des moyens de comparaison de la puissance fournie par rapport auxdits seuils de puissance; - des moyens de sélection d'un mode de pilotage courant parmi le groupe de modes de pilotage en fonction d'un résultat fourni par les moyens de comparaison; - des moyens de pilotage du premier onduleur par le mode de pilotage courant.According to the invention, this control device comprises: - means for storing a group of control modes of the first inverter in pulse width modulation in a mode of operation of the machine at a DC converter stop - direct current, and a set of power thresholds; means for determining a power supplied to the second sub-network; means for comparing the power supplied with respect to said power thresholds; means for selecting a current control mode from the group of control modes according to a result provided by the comparison means; - Means for controlling the first inverter by the current control mode.
Selon l'invention encore, le dispositif de commande comprend en outre des moyens de commande d’un interrupteur du circuit de transfert par le mode de pilotage courant. L'invention vise également une machine électrique tournante double tension à plusieurs phases réversible de véhicule automobile qui comprend un dispositif de commande tel que décrit ci-dessus.According to the invention, the control device further comprises means for controlling a switch of the transfer circuit by the current control mode. The invention also relates to a reversible two-phase reversible electric motor of a motor vehicle which comprises a control device as described above.
Ces quelques spécifications essentielles auront rendu évidents pour l'homme de métier les avantages du procédé et du dispositif de commande d'une machine électrique tournante de véhicule automobile selon l'invention, ainsi qu'une machine comprenant ce dispositif de commande, par rapport à l'état de la technique.These few essential specifications will have made obvious to those skilled in the art the advantages of the method and the control device of a rotary electric machine of a motor vehicle according to the invention, as well as a machine comprising this control device, compared to the state of the art.
Les spécifications détaillées de l'invention sont données dans la description qui suit en liaison avec les dessins ci-annexés. Il est à noter que ces dessins n'ont d'autre but que d'illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS.The detailed specifications of the invention are given in the following description in conjunction with the accompanying drawings. It should be noted that these drawings have no other purpose than to illustrate the text of the description and do not constitute in any way a limitation of the scope of the invention. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La Figure 1 est un schéma de principe d'un réseau électrique d'alimentation des équipements d'un véhicule automobile à double sous-réseaux connu de l'état de la technique, mettant en oeuvre un convertisseur continu- continu dédié.FIG. 1 is a block diagram of an electrical power supply network for the equipment of a double sub-network automobile vehicle known from the state of the art, implementing a dedicated DC-DC converter.
La Figure 2 est un schéma de principe d'un autre réseau électrique d'alimentation des équipements d'un véhicule automobile à double sous-réseaux connu de l'état de la technique, mettant en oeuvre une machine électrique tournante double tension polyphasée du type concerné par l'invention.FIG. 2 is a block diagram of another electrical power supply network for the equipment of a double sub-network motor vehicle known from the state of the art, implementing a polyphase double-voltage rotating electrical machine of the type concerned by the invention.
La Figure 3 est un schéma de principe détaillé d'une machine électrique tournante double tension double-triphasée réversible comprenant un dispositif de commande selon l'invention.Figure 3 is a detailed block diagram of a reversible double-three-phase dual-phase rotary electric machine comprising a control device according to the invention.
Les Figures 4, 5a et 5b sont des diagrammes de temps illustrant des modes de pilotage un onduleur d'entrée de la machine montrée sur la Figure 3 par un dispositif de commande selon l'invention, respectivement avec un pilotage d'une seule phase, avec un pilotage en phase de deux phases, et de deux phases déphasées.Figures 4, 5a and 5b are timing diagrams illustrating control modes an input inverter of the machine shown in Figure 3 by a control device according to the invention, respectively with a single phase control, with two-phase phase control, and two phase-shifted phases.
Les Figures 6a et 6b sont des diagrammes de temps illustrant des modes de pilotage classiques d'un onduleur d'entrée de la machine montrée sur la Figure 3 par un dispositif de commande selon l'invention, respectivement avec un pilotage en phase de trois phases, et de trois phases déphasées, dans un mode de fonctionnement à l'arrêt en convertisseur courant continu - courant continu.FIGS. 6a and 6b are timing diagrams illustrating conventional control modes of an input inverter of the machine shown in FIG. 3 by a control device according to the invention, respectively with a three phase phase control. , and three phases out of phase, in a mode of operation at standstill in DC-DC converter.
Les Figures 7a et 7b montrent un rendement de conversion en fonction d'une puissance fournie respectivement pour les modes de pilotage classiques illustrés par les Figures 6a et 6b, et pour les modes de pilotage illustrés par les Figures 4, 5a et 5b.Figures 7a and 7b show a conversion efficiency versus a power output respectively for the conventional driving modes shown in Figures 6a and 6b, and for the driving modes illustrated in Figures 4, 5a and 5b.
Les Figures 8a et 8b illustrent respectivement une stratégie de pilotage basée sur les modes de pilotage classiques illustrés par les Figures 6a et 6b, et une autre stratégie de pilotage basée sur les modes de pilotage illustrés par les Figures 4, 5a et 5b. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES DE L'INVENTION.Figures 8a and 8b respectively illustrate a control strategy based on the conventional control modes illustrated in Figures 6a and 6b, and another control strategy based on the control modes illustrated in Figures 4, 5a and 5b. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION
Le réseau électrique 1 d'alimentation des équipements d'un véhicule automobile à double sous-réseaux connu de l'état de la technique, montré sur la Figure 1, comporte: - un premier sous-réseau électrique 2 fonctionnant sous une première tension continue nominale V1 de 48 V et relié à un stockeur d'énergie électrique 3, alimentant des premières charges 4 sous cette première tension V1 ; - un second sous-réseau électrique 5 fonctionnant sous une seconde tension continue nominale V2 de 12 V et relié à une batterie 6 de type acide- plomb, alimentant des secondes charges électriques 7.The electrical power supply network 1 for the equipment of a double sub-network automobile vehicle known from the state of the art, shown in FIG. 1, comprises: a first electrical sub-network 2 operating under a first DC voltage nominal V1 of 48 V and connected to an electrical energy store 3, supplying first charges 4 under this first voltage V1; a second electrical sub-network 5 operating under a second nominal DC voltage V 2 of 12 V and connected to a battery 6 of the lead-acid type, supplying second electric charges 7.
Une machine électrique tournante polyphasée réversible 8 est couplée mécaniquement 9 à un moteur thermique du véhicule 10 pour fournir de l'énergie électrique 11 au premier sous-réseau 2.A reversible polyphase rotating electric machine 8 is mechanically coupled to a heat engine of the vehicle 10 for supplying electric power 11 to the first sub-array 2.
Un convertisseur continu- continu réversible 12 est connecté entre les premier et second sous-réseaux 2, 5 pour fournir de l'énergie électrique 13 aux secondes charges électriques 7 conventionnelles sous 12 V, et de manière générale assurer les transferts d'énergie 14 entre les deux sous-réseaux 2, 5.A reversible DC-DC converter 12 is connected between the first and second sub-arrays 2, 5 to supply electrical energy 13 to the second conventional electrical charges 7 at 12 V, and generally to provide energy transfers 14 between the two subnets 2, 5.
Comme indiqué en préambule, pour simplifier l'architecture du véhicule, il est connu d'alimenter les deux sous-réseaux 2, 5 par une machine électrique tournante double tension polyphasée réversible 15 dans une configuration d'un autre réseau 16 montré sur Figure 2.As indicated in the preamble, to simplify the architecture of the vehicle, it is known to supply the two sub-networks 2, 5 with a reversible polyphase double-voltage electrical rotating machine 15 in a configuration of another network 16 shown in FIG. .
Une structure d'une machine double tension double-triphasée 15 faisant l'objet de l'invention est montrée en détail sur la Figure 3.A structure of a double-three-phase double-voltage machine 15 which is the subject of the invention is shown in detail in FIG. 3.
Cette machine 15 comprend de manière connue en soi: - un rotor 17 apte à être couplé mécaniquement au moteur thermique 10 du véhicule et comportant une bobine d'induction 18; - un stator comportant des premiers enroulements de phases 19 en étoile (deux tours par pôle) connectés à un premier onduleur réversible 20 et des seconds enroulements de phases 21 reliés ici en étoile (un demi tour par pôle) et connectés à un second onduleur réversible 22.This machine 15 comprises, in a manner known per se: a rotor 17 adapted to be mechanically coupled to the heat engine 10 of the vehicle and comprising an induction coil 18; a stator comprising first star phase windings 19 (two turns per pole) connected to a first reversible inverter 20 and second phase windings 21 connected here in a star (half a turn per pole) and connected to a second reversible inverter 22.
Les premier et second onduleurs réversibles 20, 22 sont formés de ponts triphasés dont les bras comportent des commutateurs à semi-conducteur de puissance pilotables reliant, d'une part, les premiers et seconds enroulements de phases 19, 21 respectivement à des première et seconde bornes de sortie 23, 24 aptes à être connectées aux premier et second sous-réseaux 2, 5 (commutateurs à semi-conducteur supérieurs HSi, HS2, HS3, HS4, HS5, HSedu côté dit "high-side"), et, d'autre part, à une borne de masse 25 (commutateurs à semi-conducteur inférieurs LS1, LS2, LS3, LS4, LS5, LS6, du côté dit "low-side").The first and second reversible inverters 20, 22 are formed of three-phase bridges whose arms comprise controllable semiconductor power switches connecting, on the one hand, the first and second phase windings 19, 21 respectively to first and second output terminals 23, 24 adapted to be connected to the first and second sub-networks 2, 5 (upper semiconductor switches HS 1, HS 2, HS 3, HS 4, HS 5, HS on the high-side side), and, d on the other hand, at a ground terminal (lower semiconductor switches LS1, LS2, LS3, LS4, LS5, LS6, on the so-called "low-side" side).
Dans cette architecture 16, on dispose d'une commande de la machine 15 adaptée (gestion du couple par un pilotage en modulation en largeur d'impulsions PWM1, PWM2 des onduleurs 20, 22) pour réaliser toutes les fonctions d'une machine électrique hybride (mode démarrage, mode moteur, mode générateur) basées sur l'énergie fournie à, ou fournie par les premier et second sous-réseaux 2, 5 (48 Vou 12 V).In this architecture 16, there is a control of the machine 15 adapted (torque management by pulse width modulation PWM1, PWM2 control of the inverters 20, 22) to perform all the functions of a hybrid electric machine (start mode, motor mode, generator mode) based on the energy supplied to, or provided by, the first and second sub-networks 2, 5 (48 V or 12 V).
Une fonction équivalente à celle du convertisseur continu- continu 12 (fournir de l'énergie 13 aux charges 12 V) du réseau conventionnel 1 avec un convertisseur continu- continu 12 additionnel est réalisée quand la machine 15 est en mode générateur et en rotation.A function equivalent to that of the DC-DC converter 12 (supplying energy 13 to the 12 V loads) of the conventional network 1 with an additional DC-DC converter 12 is performed when the machine 15 is in generator mode and in rotation.
Pour assurer cette fonction de convertisseur continu- continu même quand la machine électrique 15 ne tourne pas (moteur thermique à l'arrêt), un circuit de transfert 26 comprenant un interrupteur 27 (bidirectionnel, comme le montre la Figure 3, pour une réalisation avec des interrupteurs à semi-conducteur) est agencé entre un point neutre 28 des premiers enroulements de phases 19 et la seconde borne de sortie 24 vers le second sous-réseau 5 (12 V).To ensure this function of DC-DC converter even when the electric machine 15 is not running (thermal engine off), a transfer circuit 26 comprising a switch 27 (bidirectional, as shown in Figure 3, for an embodiment with semiconductor switches) is arranged between a neutral point 28 of the first phase windings 19 and the second output terminal 24 to the second sub-array 5 (12 V).
Quand la machine 15 est arrêtée, cet interrupteur 27 est fermé et les premiers enroulements de phases 19 alimentés sous 48 V sont utilisés comme des inducteurs d'un convertisseur continu- continu (équivalents au primaire d'un transformateur de rapport 1/4) de manière à permettre l'échange d'énergie d'un réseau à l'autre 2, 5 comme avec un convertisseur continu- continu conventionnel 12.When the machine 15 is stopped, this switch 27 is closed and the first phase windings 19 supplied at 48 V are used as inductors of a DC-DC converter (equivalent to the primary of a 1/4 ratio transformer) of in order to allow the exchange of energy from one network to the other 2, 5 as with a conventional DC-DC converter 12.
Les commutateurs de puissance du premier onduleur 20 relié au premier sous-réseau (48 V) sont pilotés en modulation en largeur d'impulsions PWM1, à une fréquence de 10 à 20 kHz, par exemple, pour réguler le courant de phase IU, IV, IW dans chacun u, v, w des premiers enroulements de phases 19, et un filtrage est assuré par les condensateurs 29, 30 déjà présents dans la machine 15 pour le fonctionnement en mode moteur ou en mode générateur.The power switches of the first inverter 20 connected to the first sub-network (48 V) are driven in pulse width modulation PWM1, at a frequency of 10 to 20 kHz, for example, to regulate the phase current IU, IV , IW in each u, v, w of the first phase windings 19, and filtering is provided by the capacitors 29, 30 already present in the machine 15 for operation in motor mode or in generator mode.
Ainsi que cela a déjà été remarqué en préambule, les premiers enroulements de phases 19 de la machine 15 présentent une inductance très faible comparée à celle qui peut être trouvée dans un convertisseur continu- continu 12 dédié. De ce fait des pertes fer dans une carcasse du stator sont beaucoup plus élevées. L'entité inventive a remarqué que, dans un mode de fonctionnement de la machine 15 à l'arrêt en convertisseur courant continu - courant continu, il existait plusieurs possibilités de piloter en modulation en largueur d'impulsions PWM1 le premier onduleur 19 en alimentant une ou plusieurs phases u, v, w par des tensions de phases U, V, W, déphasées ou non, pour réduire les pertes fer tout en limitant un courant efficace dans les condensateurs d'entrée 29 du premier onduleur 20.As already noted in the preamble, the first phase windings 19 of the machine 15 have a very low inductance compared to that which can be found in a dedicated DC-DC converter 12. As a result, iron losses in a stator carcass are much higher. The inventive entity has noticed that, in a mode of operation of the machine 15 when stopped in a DC-DC converter, there were several possibilities of controlling PWM1 pulse width modulation in the first inverter 19 by supplying a power supply. or several phases u, v, w by phase voltages U, V, W, phase-shifted or otherwise, to reduce the losses ir while limiting an effective current in the input capacitors 29 of the first inverter 20.
Dans des premier et deuxième modes de pilotage A, A' illustrés par le diagramme de temps de la Figure 4, une seule phase u est alimentée sous la tension de phase U (trait plein 30). Une seule phase u étant alimentée, les pertes fer dues au courant de phase IU (trait pointillé 31) sont faibles.In first and second control modes A, A 'illustrated by the timing diagram of FIG. 4, a single phase u is powered under the phase voltage U (solid line 30). Since only one phase u is fed, the iron losses due to the phase current IU (dashed line 31) are low.
Ces pertes fer sont d'autant plus faibles, que dans le premier mode de pilotage A considéré, pour une très faible puissance de sortie P (puissance P fournie au second sous-réseau 5 par un courant de sortie I2 sous la seconde tension continue nominale V2) de moins de 200 ou 300 W, un enroulement de phase actif u est déconnecté de la borne de masse 25 quand il n'est pas alimenté. Alternativement, en variante, l'interrupteur 27 du circuit de transfert 26 est ouvert.These losses iron are all the lower, as in the first control mode A considered, for a very low output power P (power P supplied to the second sub-network 5 by an output current I2 under the second nominal DC voltage V2) of less than 200 or 300 W, an active phase winding u is disconnected from the ground terminal 25 when it is not powered. Alternatively, alternatively, the switch 27 of the transfer circuit 26 is open.
Dans des troisième et quatrième modes de pilotage B, B' du premier onduleur 20 illustrés sur les Figure 5a et 5b, deux phases u, v sont alimentées sous les tensions de phase U, V (traits pleins 32).In third and fourth control modes B, B 'of the first inverter 20 illustrated in FIGS. 5a and 5b, two phases u, v are powered under phase voltages U, V (solid lines 32).
Les courants de phases IU, IV (traits en pointillé 33) pouvant être importants dans le troisième mode de pilotage B (Figure 5a) dans lequel les tensions de phases U, V sont en phase, on préfère pour limiter le courant efficace dans les condensateurs d'entrée 29 du premier onduleur 20 utiliser un quatrième mode de pilotage B' des deux phases u, v illustré sur la Figure 5b, dans lequel les deux tensions de phases U, V sont déphasées de 180° électriques, c'est-à-dire décalées d'une demi-période 1/2F dans le temps (F étant une fréquence de la modulation en largeur d'impulsion PWM1).Since the phase currents IU, IV (dashed lines 33) can be large in the third control mode B (FIG. 5a) in which the phase voltages U, V are in phase, it is preferred to limit the rms current in the capacitors. input 29 of the first inverter 20 to use a fourth driving mode B 'of the two phases u, v illustrated in FIG. 5b, in which the two phase voltages U, V are phase shifted by 180 electrical degrees, that is to say ie, shifted half a period 1 / 2F in time (where F is a PWM1 pulse width modulation frequency).
Des cinquième et sixième modes de pilotage C, C' illustrés par les diagrammes de temps montrés sur les Figure 6a et 6b mettent en œuvre les trois phases u, v, w, tel que cela est réalisé classiquement dans les machines connues de l'état de la technique.Fifth and sixth control modes C, C ', illustrated by the time diagrams shown in FIGS. 6a and 6b implement the three phases u, v, w, as is conventionally done in the machines known in the state. of the technique.
Les courants de phases IU, IV, IW (traits en pointillé 34) pouvant être importants quand les trois tensions de phase U, V, W (traits pleins 35) sont en phase (Figure 6a) dans le cinquième mode de pilotage C, le sixième mode de pilotage C' (Figure 6b) où les trois tensions de phases U, V, W sont déphasées de 120“électriques, c'est-à-dire décalées d'un tiers de période 1/3F, est préféré.The phase currents IU, IV, IW (dashed lines 34) can be significant when the three phase voltages U, V, W (solid lines 35) are in phase (FIG. 6a) in the fifth control mode C, the sixth control mode C '(Figure 6b) where the three phase voltages U, V, W are phase shifted by 120 "electrical, that is to say shifted by a third of 1 / 3F period is preferred.
Des essais ont été réalisés par l'entité inventive sur une machine double-triphasée 15 fonctionnant à l'arrêt en convertisseur CC-CC abaisseur entre 48,5 V et 13,7 V (utilisation typique dans un véhicule) avec une modulation en largeur d'impulsions PWM1 à une fréquence F de 16 kHz dans une gamme de puissances P de 0 à 3000 W.Tests have been carried out by the inventive entity on a two-three-phase machine 15 operating at a standstill in DC-DC converter down to between 48.5 V and 13.7 V (typical use in a vehicle) with a modulation in width of pulses PWM1 at a frequency F of 16 kHz in a power range P from 0 to 3000 W.
Les Figures 7a et 7b montrent qu'un rendement de conversion r de la machine 15 varie en fonction de la puissance fournie P et selon les premier, deuxième, quatrième, cinquième et sixième modes de pilotage A, A', B', C, C' spécifiés ci-dessus.FIGS. 7a and 7b show that a conversion efficiency r of the machine 15 varies as a function of the power supplied P and according to the first, second, fourth, fifth and sixth control modes A, A ', B', C, C 'specified above.
Pour les cinquième et sixième modes de pilotage C, C', un écart de rendement Ar de dix points au bénéfice du cinquième mode de pilotage C (trait en double points et tirets alternés) par rapport au sixième mode de pilotage C' (trait en points et tirets alternés) apparaît pour une faible puissance P, aux alentours de 500 W (77% au lieu de 67%), comme le montre bien la Figure 7a.For the fifth and sixth control modes C, C ', a yield difference Ar of ten points for the benefit of the fifth control mode C (double dotted line and alternate dashes) with respect to the sixth control mode C' (feature in alternating dots and dashes) appears for a low power P, around 500 W (77% instead of 67%), as shown in Figure 7a.
La Figure 7b montre bien également que: - le premier mode de pilotage A (trait en pointillé) correspond à un rendement r intéressant supérieur à tous les autres modes de pilotage A', B', C' jusqu'à une puissance de 250 W; - le deuxième mode de pilotage A' (trait plein) correspond à un rendement r intéressant supérieur aux modes A, B' et C' de 250 W à 800 W; - le quatrième mode de pilotage B' (trait tireté) correspond à un rendement r intéressant supérieur au mode C' de 800 W à 1500 W; - le sixième mode de pilotage C' (trait en pointillé et tirets alternés) correspond à un rendement r intéressant à partir d'une puissance P de 1500 W.Figure 7b also shows that: - the first driving mode A (dashed line) corresponds to an interesting performance r greater than all the other driving modes A ', B', C 'up to a power of 250 W ; the second driving mode A '(solid line) corresponds to an interesting performance r greater than modes A, B' and C 'from 250 W to 800 W; - The fourth driving mode B '(dashed line) corresponds to a r interesting performance higher mode C' from 800 W to 1500 W; the sixth control mode C '(dashed line and alternating dashes) corresponds to an interesting yield r from a power P of 1500 W.
Prenant en compte ces résultats, dans le procédé de commande de la machine électrique tournante de véhicule automobile 15 selon l'invention, on pilote le premier onduleur 20 en modulation en largeur d'impulsions PWM1 en fonction d'une puissance P fournie au second sous-réseau 5 selon une stratégie de pilotage prédéterminée.Taking these results into account, in the control method of the motor vehicle rotating electrical machine 15 according to the invention, the first inverter 20 is modulated in pulse width modulation PWM1 as a function of a power P supplied to the second sub. network 5 according to a predetermined control strategy.
Dans une stratégie de pilotage illustrée par la Figure 8a, on pilote le premier onduleur 5 par le cinquième mode de pilotage C jusqu'à un seuil de puissance S d'environ 950 W, et par le sixième mode de pilotage C' au dessus.In a control strategy illustrated in FIG. 8a, the first inverter 5 is driven by the fifth control mode C up to a power threshold S of approximately 950 W, and by the sixth control mode C 'above.
Une plage d'hystérésis 36, de l'ordre de 200 ou 300 W, est implémentée autour P|_, Ph du seuil de puissance S pour éviter toute oscillation inopportune entre les deux modes de pilotage C, C'.A hysteresis range 36, of the order of 200 or 300 W, is implemented around P | _, Ph of the power threshold S to avoid any untimely oscillation between the two control modes C, C '.
Dans une autre stratégie de pilotage illustrée par la Figure 8b, on pilote le premier onduleur 5 de manière plus fine: - par le premier mode de pilotage A en dessous d'un seuil bas S1 d'environ 250 W; - par le deuxième mode de pilotage A' au dessus de ce seuil bas S1 et en dessous d'un seuil moyen S2 d'environ 950 W; - par le troisième mode de pilotage B ou le quatrième mode de pilotage B' au dessus de ce seuil moyen S2 et en dessous d'un seuil haut S3 d'environ 1500 W; - le cinquième mode de pilotage C ou le sixième mode de pilotage C' au dessus de ce seuil haut.In another control strategy illustrated in FIG. 8b, the first inverter 5 is driven more finely: by the first control mode A below a low threshold S1 of approximately 250 W; by the second driving mode A 'above this low threshold S1 and below an average threshold S2 of about 950 W; by the third control mode B or the fourth control mode B 'above this average threshold S2 and below a high threshold S3 of approximately 1500 W; the fifth control mode C or the sixth control mode C 'above this high threshold.
Des plages d'hystérésis 36 sont également implémentées autour des seuils bas S1 (plage d'hystérésis P1l, P1h ), moyen S1 (plage d'hystérésis P2L, P2H ) et haut (plage d'hystérésis P3|_, P3h ).Hysteresis ranges 36 are also implemented around the low thresholds S1 (hysteresis range P1l, P1h), average S1 (hysteresis range P2L, P2H) and high (hysteresis range P3 | _, P3h).
Le procédé de commande selon l'invention est implémenté dans la machine électrique tournante de véhicule automobile 15 par un dispositif de commande 37, comprenant comme le montre bien la Figure 3: - des moyens de mémorisation 38 d'un groupe de modes de pilotage A, A', B, B', C, C' du premier onduleur 20 en modulation en largeur d'impulsions PWM1 dans un mode de fonctionnement de la machine à l'arrêt en convertisseur courant continu -courant continu, et d'un ensemble de seuils de puissance S, S1, S2, S3; - des moyens de détermination 39 d'une puissance P fournie au second sous-réseau 5 à partir de capteurs 40, 41 de la seconde tension continue nominale V2 et du courant de sortie I2 ; - des moyens de comparaison 42 de la puissance P par rapport aux seuils de puissance S, S1, S2, S3; - des moyens de sélection 43 d'un mode de pilotage courant parmi le groupe de modes de pilotage A, A', B, B', C', en fonction d'un résultat fourni par les moyens de comparaison 42; - des moyens de pilotage 44 du premier onduleur 20 par le mode de pilotage courant PWM1.The control method according to the invention is implemented in the rotating electrical machine of a motor vehicle 15 by a control device 37, comprising as well shown in FIG. 3: memory means 38 of a group of control modes A , A ', B, B', C, C 'of the first inverter PWM1 pulse width modulation in a mode of operation of the machine to stop DC converter -current DC, and a set power thresholds S, S1, S2, S3; means 39 for determining a power P supplied to the second sub-network 5 from sensors 40, 41 of the second nominal DC voltage V2 and the output current I2; - Comparison means 42 of the power P with respect to the power thresholds S, S1, S2, S3; selection means 43 for a current control mode among the group of control modes A, A ', B, B', C ', as a function of a result provided by the comparison means 42; control means 44 of the first inverter 20 by the current control mode PWM1.
Pour la mise en oeuvre de la variante du premier mode de pilotage A du procédé, le dispositif de commande 37 selon l'invention comprend en outre des moyens de commande 45 de l'interrupteur du circuit de transfert 26 par le mode de pilotage courant PWM1.For the implementation of the variant of the first control mode A of the method, the control device 37 according to the invention further comprises control means 45 of the switch of the transfer circuit 26 by the current control mode PWM1 .
Le dispositif de commande 37 est de préférence réalisé sous la forme d'un microprocesseur ou d'un microcontrôleur dont un firmware comprend les instructions représentatives du procédé selon l'invention; il peut s'agir d'une modification du firmware d'une unité électronique de contrôle d'une machine électrique tournante de véhicule automobile antérieure du type concerné par l'invention.The control device 37 is preferably made in the form of a microprocessor or a microcontroller whose firmware includes the instructions representative of the method according to the invention; it may be a modification of the firmware of an electronic control unit of a rotating electrical machine of an earlier motor vehicle of the type concerned by the invention.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seuls modes d'exécution préférentiels décrits ci-dessus.It goes without saying that the invention is not limited to the only preferred embodiments described above.
Les valeurs numériques indiquées ne sont que des exemples destinés à faire la démonstration de l'avantage apporté, au plan d'une limitation des pertes fer et d'une amélioration du rendement r, par la mise en oeuvre de différents modes de pilotage A, A', B, B', C, C' de l'onduleur d'entrée 20 d'une machine électrique tournante double tension double-triphasée réversible 15 fonctionnant à l'arrêt en convertisseur courant continu - courant continu.The numerical values indicated are only examples intended to demonstrate the advantage brought about, in terms of a limitation of iron losses and an improvement in efficiency r, by the implementation of different control modes A, A ', B, B', C, C 'of the input inverter 20 of a reversible two-phase double-three-phase rotating electrical machine 15 operating at a standstill in DC-DC converter.
Une description similaire pourrait s'appliquer à des machines 15 de même type possédant un plus grand nombre de phases, et alimentant des réseaux électriques 16 de véhicules automobiles à double sous-réseaux 2, 5 à des tensions continues nominales V1, V2 différentes de celles citées. L’invention embrasse donc toutes les variantes possibles de réalisation dans la limite de l’objet des revendications ci-après.A similar description could be applied to machines of the same type having a greater number of phases, and supplying electricity networks 16 of double sub-network automotive vehicles 2, 5 with nominal continuous voltages V1, V2 different from those cited. The invention therefore embraces all possible variants of embodiment within the scope of the subject of the claims below.
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