FR3073684A1 - Machine electrique pour un vehicule automobile comprenant un capteur de courant - Google Patents
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Abstract
Machine électrique (M) pour un véhicule automobile (V), la Machine électrique (M) comprenant au moins un mode alternateur et un mode moteur, la machine comprenant : • un stator comprenant des enroulements de phases, • une borne positive destinée à être reliée à une borne positive de la batterie, • un capteur de courant (3) monté entre un onduleur redresseur et la borne positive • une unité de contrôle (4) comprenant : i. une entrée reliée au capteur de courant, ii. une sortie apte à être reliée à une unité de commande électronique de moteur thermique du véhicule, l'unité de contrôle (4) étant configurée pour : • calculer une valeur de courant de sortie ou d'entrée en fonction du signal provenant du capteur de courant (3) par son entrée, • envoyer une information en fonction de la valeur de courant calculée par sa sortie à l'unité de commande électronique de moteur.
Description
Machine électrique pour un véhicule automobile comprenant un capteur de courant.
La présente invention concerne une machine électrique pour un véhicule automobile comprenant un capteur de courant.
Une machine électrique comprenant un redresseur onduleur et des enroulements de phase dans le stator produit en mode alternateur de l’énergie électrique par ses enroulements de phases redressée par le redresseur. La machine électrique comprend en outre un rotor comprenant une bobine d’excitation.
Le courant de sortie du redresseur permet à la fois de recharger la batterie mais aussi alimenter l’ensemble des charges électriques du véhicule automobile.
Le nombre de charges électriques d’un véhicule automobile est de plus en plus important, et donc les charges demandent de plus en plus d’énergie électrique lorsque plusieurs d’entre elles sont alimentées.
L’unité de commande de moteur thermique peut connaître la consommation électrique directe des charges en fonctionnement. Cette information de consommation permet d’envoyer une consigne à la machine électrique pour qu’elle transforme l’énergie mécanique en énergie électrique permettant ainsi d’alimenter ces charges. Cette énergie mécanique transformée forme un couple de retenue
La vitesse de rotation et le courant fourni à la bobine d’excitation peut permettre à une unité de contrôle de calculer le couple de retenue de l’alternateur. Ce couple de retenue est aussi dépendant du courant de sortie du redresseur.
Le courant de sortie varie aussi en fonction d’autres paramètres tels que la température du stator. En effet, plus la température est élevée plus les enroulements de phases du stator ont une résistance élevée réduisant le courant de sortie. Cette température est aussi fonction de ce courant de sortie.
Dans le cas où l’unité de commande de moteur envoie une consigne à l’unité de contrôle élevée due à une forte consommation électrique des charges, il y a un risque que le courant de sortie soit insuffisant notamment dû à une température élevée ou/et que le couple prélevé soit trop important pouvant entraîner un calage du moteur thermique.
Il y a donc un besoin pour l’unité de commande de moteur de connaître la capacité de transformation de l’énergie mécanique en énergie électrique de la machine électrique en mode alternateur, pour réduire la consommation de certaines charges du véhicule ou faire une sélection des charges à alimenter. Par exemple, l’unité de commande de moteur peut enlever le chauffage des fauteuils ou l’alimenter de manière intermittente ou encore réduire la puissance de climatisation ou encore réduire ou arrêter d’autres charges non sécuritaires pour la conduite du véhicule.
Il y a un besoin en outre pour l’unité de commande de moteur de connaître la capacité de transformation de l’énergie mécanique en énergie électrique de la machine électrique en mode alternateur, pour envoyer une consigne à l’alternateur sans risque de faire caler le moteur thermique.
L’invention permet de répondre au moins à une de ses problématiques.
L’invention concerne une machine électrique pour un véhicule automobile, la machine électrique comprenant au moins un mode alternateur et un mode moteur, la machine comprenant :
• un stator comprenant des enroulements de phases, • une borne positive destinée à être reliée à une borne positive de la batterie, • un onduleur redresseur électrique relié aux phases, l’onduleur redresseur étant configuré en mode alternateur pour redresser le courant alternatif des phases en courant continu et en mode moteur pour onduler un courant continu provenant de la borne positive en courant alternatif pour alimenter les enroulements de phases, • un capteur de courant monté entre l’onduleur redresseur et la borne positive • une unité de contrôle comprenant :
i. une entrée reliée au capteur de courant, ii. une sortie apte à être reliée à une unité de commande électronique de moteur thermique du véhicule, l’unité de contrôle étant configurée pour :
• calculer une valeur de courant de sortie ou d’entrée en fonction du signal provenant du capteur de courant par son entrée, • envoyer par sa sortie une information en fonction de la valeur de courant calculée à l’unité de commande électronique de moteur.
En effet, cela permet que l’unité de commande de moteur puisse connaître le courant produit pour le réseau ou une information dépendante de ce courant afin par exemple de soit réduire la consommation des charges électriques ou soit de modifier la consigne à l’alternateur ou encore d’augmenter l’accélération du moteur thermique pour éviter de caler.
Ainsi, le fait que la machine dispose d’un capteur de courant et puisse envoyer à l’unité de commande de moteur thermique du véhicule une information fonction de ce courant d’entrée ou de sortie permet d’être plus précis en commande la machine électrique. En effet, bien que l’unité de contrôle puisse connaître le courant d’excitation et la vitesse en mode alternateur, le courant de sortie est aussi fonction du rendement de la machine qui dépend de la température du stator mais aussi du point de fonctionnement de la machine : courant, tension, vitesse. Il s’ensuit que le courant de sortie permet d’avoir une caractéristique de la machine prenant en compte en mode alternateur le rendement de la machine.
Selon un mode de réalisation, l’unité de contrôle est configurée pour calculer une estimation de température du stator en fonction de la valeur de courant de sortie calculée. Cela permet d’estimer la température de manière plus précise puisque la température du stator est dépendante du courant mesuré.
L’estimation de la température peut permettre de limiter le courant d’excitation pour ne pas mettre en danger la machine électrique ou encore l’estimation de la température peut aussi permettre le diagnostic d’un capteur de température du stator en comparant la valeur d’estimation et celle du capteur de température. L’unité de contrôle peut donc diagnostiquer un capteur défaillant si la différence entre les deux valeurs est au-delà d’une valeur prédéterminée et informer l’unité de commande de moteur thermique du véhicule que la machine est en mode de capteur de température défaillant. Ainsi l’unité de commande de moteur peut informer l’utilisateur mais aussi commander la machine électrique dans un mode défaillant. Le capteur de courant peut être monté dans un sens dit sens alternateur tel que la valeur calculée en courant de sortie (mode alternateur) puisse être positive et/ou la valeur calculée courant d’entrée (mode moteur si la machine est un alternateur démarreur) puisse être négative ou le capteur de courant peut être monté dans le sens inverse, inversant donc les polarités du courant sortie et/ou entrée si un mode moteur existe sur la machine).
Selon un mode de réalisation, pouvant dépendre du mode de réalisation précédent, la machine électrique pour un véhicule automobile comprend une entrée de batterie destinée à être connectée à la borne positive de la batterie et comprend un mode moteur, dans laquelle l’unité de contrôle est configurée pour :
mesurer la tension à la borne positive, calculer une valeur perte câble en multipliant un coefficient par la valeur de courant de sortie en valeur absolue calculée, calculer une valeur d’estimation de la tension de la batterie en mode moteur en ajoutant la valeur perte câble à la tension mesurée commander le redresseur onduleur en fonction de cette estimation de la tension batterie.
En outre, cela peut permettre en mode moteur d’estimer la tension du réseau et donc de la chute de tension et ainsi commander l’alternateur-démarreur selon cette chute de tension afin de ne pas être en dessous d’une tension de réseau prédéterminée qui peut être fonction des charges de conduites du véhicule. En effet, certaines charges de conduite peuvent être inefficaces ou en arrêt lorsque leur tension est en dessous de cette tension prédéterminée.
Bien entendu, le courant peut être calculé avec son signe et le coefficient est négatif si le capteur est monté dans le sens inverse et est positif si le capteur est monté dans le sens alternateur.
Selon un mode de réalisation, pouvant dépendre des modes de réalisation précédents, la machine électrique pour un véhicule automobile comprend une entrée de batterie destinée à être connectée à la borne positive de la batterie, dans laquelle l’unité de contrôle est configurée pour :
• mesurer la tension à la borne positive, • calculer une valeur perte câble en multipliant un coefficient par la valeur de courant de sortie en valeur absolue calculée, • calculer une valeur d’estimation de la tension de la batterie en mode alternateur en soustrayant la valeur de perte câble à la tension mesurée • commander le courant d’excitation en fonction de cette estimation de la tension batterie.
Cela permet de pouvoir être plus précis lors de la commande du courant d’excitation par régulation de tension. En effet cela permet de s’assurer que la charge de la batterie se fait bien avec une tension prédéterminée à ces bornes, par exemple 14v pour une batterie de 12v.
Selon un mode de réalisation, pouvant dépendre des modes de réalisation précédents, la machine électrique pour un véhicule automobile, comprend • un rotor comprenant une bobine d’excitation, • un capteur de position du rotor, • l’unité de contrôle comprenant :
• une entrée reliée au capteur de position du rotor • une sortie de courant d’excitation pour alimenter le rotor de la machine électrique, l’unité de contrôle étant configurée pour en mode alternateur :
• calculer une vitesse du rotor par le biais des signaux du capteur de mouvement, • calculer un couple de charge mécanique prélevé en fonction d’une tension mesurée, du courant de sortie calculé, de la vitesse de rotation du rotor calculée et du rendement de la machine.
Cela permet par exemple que la machine en mode alternateur puisse adapter son courant d’excitation selon une consigne de l’unité de commande de moteur ou comparer ce couple de charge appelé aussi couple de traînée sur le moteur thermique à une charge maximum à ne pas dépasser.
Selon un exemple du mode de réalisation précédent, l’information envoyée est, en mode alternateur, le couple de charge mécanique prélevé.
Ainsi, la machine peut envoyer la charge (couple de traînée) de la machine en mode alternateur sur le moteur thermique à l’unité de commande de moteur thermique afin que celle-ci puisse commander en conséquence le moteur thermique.
Selon un exemple du mode de réalisation précédent, pouvant se combiner avec l’exemple précédent, l’unité de contrôle comprend :
• une entrée unité de commande de moteur apte à être reliée à l’unité de commande électronique de moteur du véhicule, et dans lequel l’unité de contrôle est configurée pour :
• recevoir une information de couple de charge mécanique limite par l’unité de commande électronique de moteur, • calculer le courant d’excitation à fournir au rotor en fonction du couple de charge mécanique calculé et du couple de charge mécanique limite reçu.
Cela permet que la machine en mode alternateur puisse adapter son courant d’excitation selon cette consigne de l’unité de commande de moteur.
Selon une réalisation de l’exemple précédent, l’unité de contrôle est configurée pour en mode alternateur :
• mesurer la tension du réseau entre la borne positive de la machine électrique et la masse de la machine électrique, • comparer la tension du réseau mesurée à une tension de charge prédéterminée correspondant à une tension au-dessus de la tension de la batterie, • si la tension de réseau diminue en dessous de la tension prédéterminée
i. augmenter progressivement le courant d’excitation de manière à augmenter la tension pour que la tension du réseau soit égale à la tension prédéterminée, ii. comparer le couple de charge et le couple de charge limite consigne, iii. si le couple de charge atteint le couple de charge limite, envoyer une information à l’unité de commande de moteur, iv. si la tension mesurée est égale ou inférieure à la tension prédéterminée, augmenter le courant d’excitation si le couple de charge calculé est en dessous du couple de charge limite ou/et le courant est en dessous d’un courant de consigne.
Ainsi dans le cas où le couple de charge atteint le couple de charge limite, cela permet d’informer l’unité de commande de moteur thermique que la machine ne peut plus augmenter la tension et que soit la batterie fournira le courant aux charges soit l’unité de commande de moteur doit changer le couple de charge limite ou diminuer ses charges. Ainsi, si la machine en mode alternateur est arrivée au maximum de sa fourniture de puissance possible, l’unité de commande de moteur peut modifier sa commande pour prendre en compte cette limitation et réduire la charge électrique sur le réseau ou encore augmenter le couple de charge limite si la machine électrique n’est pas à son maximum de puissance possible.
Dans le cas où la machine en mode alternateur ayant une usure par exemple des balais ou de ses diodes ou de ses transistors etc... et donc un moins bon rendement, l’unité de commande de moteur peut modifier sa commande pour prendre en compte cette usure de la machine électrique en surévaluant sa commande couple de charge limite.
Selon un mode de réalisation, pouvant dépendre des modes de réalisation précédents, l’information envoyée par l’unité de contrôle est la valeur de courant calculée.
Ainsi, l’unité de commande de moteur thermique peut réaliser des calculs et commander les charges ou la machine électrique en fonction de cette information.
Par exemple, l’unité de commande de moteur peut calculer le couple de traînée en mode alternateur sur le moteur thermique en fonction de la vitesse du moteur thermique (vitesse déjà obtenue par l’unité de commande de moteur) et de ce courant de sortie calculé. Le fait que ce calcul soit fait par l’unité de commande de moteur permet un gain de place de mémoire de calcul dans l’unité de contrôle.
Selon un mode de réalisation, pouvant dépendre des modes de réalisation précédents, l’unité de contrôle est configurée pour coder et décoder des informations transmises par un BUS notamment un bus LIN ou CAN. Notamment l’entrée unité de commande électronique de moteur décrite précédemment, est connectée au même BUS que l’information envoyée par l’unité de contrôle.
Cependant, un tel capteur de courant doit être fiable. En effet, une mauvaise information pourrait engendrer une plus mauvaise commande de l’unité de commande de moteur que sans connaissance de cette information.
Ainsi, il existe un besoin de s’assurer que l’information soit suffisamment précise pour améliorer la commande de l’unité de commande de moteur.
Selon un mode de réalisation pouvant dépendre des modes de réalisation précédents l’unité de contrôle est configurée pour:
-vérifier que la valeur de courant calculée soit du bon signe en le comparant à une valeur marge de signe inverse, si la valeur de courant calculée est aussi de signe inverse et est plus éloignée de zéro que la valeur de signe inverse alors mettre en mode dégradé la machine électrique.
Cela permet de vérifier que le capteur de courant ne soit ni monté à l’envers ou encore ne soit pas dégradé. La valeur de marge de signe inverse est une valeur proche de zéro, par exemple X.
Par bon signe on entend, si l’unité de contrôle est configurée pour avoir une mesure du capteur de courant d’un courant de sortie (mode alternateur) positif, le bon signe est alors positif et le signe inverse est négatif. La valeur de marge est donc une valeur négative proche de zéro par exemple-X. L’unité de contrôle en mode moteur est dans ce cas configurée pour avoir une mesure du capteur de courant d’un courant d’entrée négatif et une valeur de marge de signe positive par exemple X.
A l’inverse, si l’unité de contrôle est configurée pour avoir une mesure du capteur de courant d’un courant de sortie (mode alternateur) négatif, la valeur de marge est donc une valeur positive proche de zéro par exemple X. L’unité de contrôle en mode moteur est dans ce cas configurée pour avoir une mesure du capteur de courant d’un courant d’entrée positif et une valeur de marge de signe négatif.
Selon une réalisation de ce mode de réalisation, l’unité de contrôle est configurée pour en mode moteur :
Vérifier que la valeur de courant d’entrée calculée soit comprise dans une plage limitée par une valeur marge positive,
Si la valeur de courant calculée est supérieure à cette valeur marge positive commander l’alimentation du courant d’excitation du rotor et l’onduleur en mode dégradé en ne prenant plus en compte les mesures du courant du capteur de courant.
La valeur de marge permet lorsque le courant de sortie ou d’entrée réel est proche de zéro d’accepter une erreur de mesure du capteur de courant.
L’unité de contrôle est configurée, par exemple en mode défaut de capteur de courant, pour commander le courant d’excitation sans le calcul de la valeur de courant.
Si la machine électrique est un alternateur démarreur, l’unité de contrôle peut commander en mode dégradé de capteur de courant l’onduleur sans cette mesure.
La commande de la machine électrique sans ce calcul de mesure de courant est réduite mais le mode dégradé permet tout de même de pouvoir continuer à utiliser la machine électrique.
L’unité de contrôle peut en outre être configurée pour envoyer un signal d’information à l’unité de commande de moteur thermique du véhicule que le capteur de courant est défectueux. Dans le cas d’un bus entre la machine électrique et l’unité de commande de moteur thermique, cette information peut être envoyé par codage dans le BUS, notamment un BUS LIN.
Selon un exemple de ce mode de réalisation l’unité de contrôle est configurée pour :
- vérifier que la valeur de courant calculée soit comprise dans une plage limitée par la valeur de courant de l’autre signe et une valeur de courant maxi du bon signe, si la valeur de courant calculée est en dehors de cette plage mettre en mode capteur de courant dégradé la machine électrique.
Cela permet en outre de vérifier que le capteur de courant ne soit pas dégradé en surestimant le courant mesuré.
la valeur de courant maxi du bon signe pouvant être une valeur prédéterminée ou calculée en fonction du courant d’excitation et de la vitesse de rotation calculée ou encore, si la machine électrique est un alternateur démarreur, calculée en fonction du courant d’excitation, de la vitesse de rotation et d’un rapport de modulation de largeur d'impulsion de la commande de l’onduleur.
Selon une réalisation de l’exemple de ce mode de réalisation pouvant se combiner à la réalisation précédente, l’unité de contrôle est configurée pour commander en mode alternateur :
Vérifier que la valeur de courant de sortie calculée soit comprise dans une plage limitée par une valeur courant sortie min négative et une valeur courant sortie maxi positive,
Si la valeur de courant calculée est en dehors de cette plage, commander l’alimentation du courant d’excitation du rotor en mode dégradé en ne prenant plus en compte les mesures du courant du capteur de courant.
Selon une autre réalisation de ces deux réalisations de l’exemple de ce mode de réalisation, la valeur de courant sortie min est positive et la valeur de courant sortie maxi est négative. Bien entendu dans le cas où la machine électrique est un alternateur démarreur, la valeur courant entrée min est négative et la valeur courant sortie maxi est positive.
Selon une autre invention, la machine électrique est un alternateur et comprend uniquement un redresseur et un mode alternateur. L’unité de contrôle est alors uniquement configurée pour réaliser les étapes en mode alternateur. L’alternateur comprend alors un capteur de courant et une unité de contrôle configurée pour calculer le courant de sortie et envoyer une information à l’unité de commande de moteur thermique en fonction de ce courant de sortie calculé. L’unité de contrôle peut en outre être configurée pour comprendre :
-une étape de vérification du courant comme précédemment décrit.
BREVES DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :
La figure 1, une représentation schématique d’une machine électrique connectée à une unité de commande de moteur selon l’invention,
La figure 2 représente schématiquement une partie d’un procédé de commande de la machine électrique,
La figure 3, une représentation schématique d’un exemple de vérification du calcul de courant selon l’invention ;
La figure 4, une représentation schématique d’un autre exemple de vérification du calcul de courant selon l’invention ;
Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de références identiques sur l’ensemble des figures.
DESCRIPTION DETAILLEE D’AU MOINS UN MODE DE REALISATION
La figure 1 représente schématiquement une machine électrique M pour un véhicule automobile V connectée à une unité de commande de moteur U appelée aussi unité de commande électronique U et une borne positive d’une batterie B selon l’invention comprend une partie électromagnétique 1 comprenant un rotor et un stator.
Le stator comprend des enroulements de phases pour transformer l’énergie mécanique en énergie électrique en mode alternateur. La machine comprend en outre un convertisseur électrique appelé aussi onduleur redresseur 2 relié aux phases, le convertisseur 2 étant configuré pour en mode alternateur redresser le courant alternatif des enroulements de phase en courant continu. Le convertisseur est en mode moteur un onduleur pour onduler un courant continu provenant d’une borne positive raccordée à la batterie B en courant alternatif pour alimenter les enroulements de phases.
Le rotor comprend une bobine d’excitation et des roues polaires ayant des griffes entourant la bobine d’excitation.
La machine électrique M comprend une unité de contrôle 4 pour commander le courant fourni à la bobine d’excitation du rotor, appelé courant d’excitation. L’unité de contrôle peut par exemple être un circuit intégré propre à une application (ASIC).
Dans le cas où la machine M est un alternateur, le convertisseur 2 peut être un redresseur de type pont à diode ou redresseur ayant des transistors
La figure 1 représente le cas où la machine électrique M peut être un alternateur-démarreur, appelé aussi alterno-démarreur. Dans ce cas le convertisseur 2 est un redresseur onduleur comprenant des transistors, notamment des transistors à effet de champ à structure métal-oxyde-semiconducteur et l’unité de contrôle 4 peut, dans un mode moteur de la machine électrique M, commander l’alimentation des enroulements de phase en commandant le convertisseur 2 en mode onduleur.
La machine électrique M comprend une borne positive destinée à être reliée à une borne positive de la batterie B.
La masse de chaque élément n’est pas représentée sur le schéma de manière à être plus lisible. Les trais en gras représentent la connexion puissance entre deux éléments et en trait fin la connexion commande entre deux éléments.
L’unité de commande de moteur U est reliée à l’unité de contrôle 4 de la machine M, notamment par un BUS LIN. L’unité de commande de moteur U peut ainsi commander la machine M en envoyant des informations à l’unité de contrôle 4. L’unité de contrôle 4 peut aussi envoyer des informations par ce bus à l’unité de commande de moteur U. L’unité de commande de moteur commande aussi des charges électriques C du véhicule et est alimentée par la batterie B. L’unité de contrôle comprend donc une entrée et une sortie reliée par le BUS LIN à l’unité de commande de moteur pour s’envoyer des informations. Les informations pourraient aussi être envoyées sans bus mais uniquement filaire ou encore par onde sans fil.
La machine électrique comprend en outre un capteur de courant 3 monté entre le convertisseur 2 et la borne positive reliée à la batterie B ou peut être intégré au convertisseur. Le capteur de courant 3 comprend une sortie de signal connectée à une entrée de l’unité de contrôle 4.
L’unité de contrôle 4 est configurée pour réaliser les étapes du procédé de commande décrit ci-dessous. La figure 2 représente schématiquement des étapes du procédé de commande.
Le procédé de commande comprend :
Une étape de réception RI de signaux de capteur de courant,
Une étape de calcul Cl d’une valeur de courant de sortie ou d’entrée en fonction des signaux provenant du capteur de courant,
Une étape de transmission d’information Tl à l’unité de commande de moteur en fonction de la valeur de courant calculée appelée aussi courant calculé. L’information peut être le courant calculé mais peut-être d’autres valeurs en fonction de ce courant calculé. D’autres exemples d’informations sont décrits ci-après. Bien entendu, l’unité de contrôle peut transmettre d’autres informations qui ne sont pas fonction du courant calculé et peut aussi envoyer plusieurs informations en fonction du courant calculé.
Selon un mode de réalisation, le procédé de commande comprend une étape de calcul TE d’une estimation de température du stator en fonction de la valeur de courant de sortie calculée.
L’estimation de la température peut être en fonction d’autres informations I reçues ou calculées telles que par exemple la vitesse de rotation du rotor, le courant d’excitation, la température d’un autre élément de la machine tel que par exemple l’unité de contrôle etc
L’estimation de la température peut permettre de limiter le courant d’excitation pour ne pas mettre en danger la machine.
Selon un mode de réalisation, pouvant dépendre du mode de réalisation précédent, le procédé comprend en outre :
Une étape de mesure MU de la tension à la borne positive de la machine,
Une étape de calcul d’une valeur perte câble PC en multipliant un coefficient par la valeur de courant de sortie en valeur absolue calculée,
Une étape de calcul d’une valeur d’estimation de la tension de la batterie Ubat en mode moteur en ajoutant la valeur perte câble à la tension mesurée ou en mode alternateur en soustrayant la valeur de perte câble à la tension mesurée
Une étape de commande Ond commandant le redresseur onduleur en fonction de cette estimation de la tension batterie en mode moteur ou
Une étape de commande lexc commandant la valeur de courant à fournir du courant d’excitation dans la bobine d’excitation en fonction de cette estimation de la tension batterie.
Cela permet de pouvoir être plus précis lors de la commande du courant d’excitation par régulation de tension. En effet cela permet de s’assurer que la charge de la batterie se fait bien avec une tension prédéterminée à ces bornes, par exemple 14v pour une batterie de 12v.
Selon un mode de réalisation, pouvant dépendre des modes de réalisation précédents, la machine électrique comprenant en outre un capteur de position du rotor, le procédé de commande comprend en outre en mode alternateur,
Une étape de réception de signal de la position du rotor PR, • une étape de calcul d’une vitesse du rotor V par le biais des signaux du capteur de mouvement, • une étape de calcul d’un couple de traînée CT appelé aussi couple de charge mécanique prélevé en fonction d’une tension mesurée (pouvant être celle de l’étape de mesure de tension MU), du courant de sortie calculé à l’étape de calcul de courant Cl, de la vitesse de rotation du rotor calculée à l’étape de calcul de vitesse V et du rendement de la machine.
Cela permet par exemple que la machine en mode alternateur puisse adapter son courant d’excitation selon une consigne de l’unité de commande de moteur ou comparer ce couple de charge à une charge maximum à ne pas dépasser.
Selon un exemple du mode de réalisation précédent, l’étape de transmission Tl peut, en mode alternateur, envoyer l’information du couple de charge mécanique. Cette information de couple de charge peut être une information en plus du courant calculé ou peut remplacer le courant calculé (envoyer uniquement l’information couple de traînée en mode alternateur).
Ainsi, la machine peut envoyer la charge (couple de traînée) de la machine en mode alternateur sur le moteur thermique à l’unité de commande de moteur thermique afin que celle-ci puisse commander en conséquence le moteur thermique.
Selon un exemple du mode de réalisation précédent, pouvant se combiner avec l’exemple précédent, le procédé comprend :
• une étape de réception d’une information de couple de charge mécanique limite RCM par l’unité de commande électronique de moteur, • et dans lequel l’étape de calcul lexc du courant d’excitation est en fonction du couple de charge calculé et du couple de charge limite reçu.
L’étape de calcul lexc du courant d’excitation peut être en fonction du couple de charge mécanique calculé et du couple de charge limite reçu sans être fonction de la tension batterie calculée ou être en fonction de cette dernière en plus.
Selon une réalisation de l’exemple précédent non représentée sur la figure 2, le procédé de commande comprend en outre en mode alternateur :
• «une étape de comparaison de la tension à la borne positive à l’étape MU à une tension de charge prédéterminée correspondant à une tension au-dessus de la tension de la batterie, • si la tension de réseau diminue en dessous de la tension prédéterminée : une étape d’augmentation progressivement le courant d’excitation de manière à augmenter la tension pour que la tension du réseau soit égale à la tension prédéterminée, ii. une étape de comparaison du couple de charge de l’étape CT et le couple de charge limite consigne, iii. si le couple de charge atteint le couple de charge limite, une étape d’envoi d’une information à l’unité de commande de moteur, iv. si la tension mesurée est égale à la tension prédéterminée, une étape d’augmentation du courant d’excitation si le couple de charge calculé est en dessous du couple de charge limite ou/et en dessous d’un courant de consigne.
Ainsi, l’unité de commande de moteur thermique peut réaliser des calculs et commander les charges ou la machine électrique en fonction des informations décrites précédemment.
Le capteur de courant 3 peut être monté dans un sens dit sens alternateur tel que la valeur calculée en courant de sortie (mode alternateur) puisse être positive et/ou la valeur de courant d’entrée (mode moteur si la machine est un alternateur démarreur) puisse être négative ou le capteur de courant 3 peut être monté dans le sens inverse, inversant donc les polarités du courant sortie et/ou entrée si un mode moteur existe sur la machine.
Selon un mode de réalisation l’unité de contrôle comprend en outre un procédé de diagnostic du capteur de courant.
Le procédé de diagnostique comprend :
-une étape de vérification du courant calculé soit du bon signe en le comparant à une valeur marge de signe inverse,
-une étape de mise en mode dégradé du capteur de courant 3 si le courant calculé est aussi de signe inverse et est plus éloigné de zéro que la valeur de signe inverse.
Cela permet de vérifier que le capteur de courant 3 ne soit ni monté à l’envers ou encore ne soit pas dégradé. La valeur de marge de signe inverse est une valeur proche de zéro, par exemple X.
Par bon signe on entend, si l’unité de contrôle est configurée pour avoir une mesure du capteur de courant 3 d’un courant de sortie (mode alternateur) positif, le bon signe est alors positif et le signe inverse est négatif. La valeur de marge est donc une valeur négative proche de zéro par exemple-X. L’unité de contrôle en mode moteur est dans ce cas configurée pour avoir une mesure du capteur de courant 3 d’un courant d’entrée négatif et une valeur de marge de signe positive par exemple X.
A l’inverse, si l’unité de contrôle est configurée pour avoir une mesure du capteur de courant 3 d’un courant de sortie (mode alternateur) négatif, la valeur de marge est donc une valeur positive proche de zéro par exemple X. L’unité de contrôle en mode moteur est dans ce cas configurée pour avoir une mesure du capteur de courant 3 d’un courant d’entrée positif et une valeur de marge de signe négatif.
La valeur de marge permet lorsque le courant de sortie ou d’entrée réel est proche de zéro d’accepter une erreur de mesure du capteur de courant.
La figure 3 représente graphiquement une réalisation de l’exemple de ce mode de réalisation, le procédé comprend en mode moteur :
Une étape de vérification de la valeur de courant d’entrée calculée AME soit supérieure à une valeur de marge positive +Marge, cette étape peut être réalisée par une comparaison,
Si la valeur de courant d’entrée calculée AME est supérieure à cette valeur de marge positive, une étape de commande de l’alimentation du courant d’excitation du rotor lexc et l’onduleur en mode dégradé en ne prenant plus en compte les mesures du courant AME du capteur de courant, et une étape de mise en défaut capteur de courant.
Dans cet exemple le capteur de courant 3 est monté de manière à mesurer le courant de sortie positif et le courant d’entrée négatif. L’unité de contrôle est configurée par exemple en mode défaut de capteur de courant 3 pour commander le courant d’excitation sans le calcul de la valeur de courant.
Si la machine électrique est un alternateur démarreur, l’unité de contrôle peut commander en mode défaut de capteur de courant 3 l’onduleur sans cette mesure.
La commande de la machine électrique sans ce calcul de mesure de courant est réduite mais le mode dégradé permet tout de même de pouvoir continuer à utiliser la machine électrique.
L’unité de contrôle peut en outre être configurée pour envoyer un signal d’information à l’unité de commande de moteur thermique du véhicule que le capteur de courant 3 est défectueux. Dans le cas d’un bus entre la machine électrique et l’unité de commande de moteur thermique, cette information peut être envoyée par codage dans le BUS, notamment un BUS LIN.
Un exemple de ce mode de réalisation dans lequel le procédé de diagnostique comprend:
- une étape de vérification de la valeur de courant calculée en vérifiant que la valeur soit comprise dans une plage limitée par la valeur de courant de marge de signe inverse et une valeur de courant maxi du bon signe,
- si la valeur de courant calculée est en dehors de cette plage, une étape de mise en mode capteur de courant 3 dégradé de la machine électrique.
Cela permet en outre de vérifier que le capteur de courant 3 ne soit pas dégradé en surestimant le courant mesuré.
La valeur de courant maxi du bon signe peut être une valeur prédéterminée ou calculée en fonction du courant d’excitation et de la vitesse de rotation calculée ou encore si la machine électrique est un alternateur démarreur calculée en fonction du courant d’excitation, de la vitesse de rotation et d’un rapport de modulation de largeur d'impulsion de la commande de l’onduleur.
La figure 4 illustre graphiquement une étape de vérification selon une réalisation de l’exemple de ce mode de réalisation pouvant se combiner à la réalisation précédente, notamment celle de la figure 3. L’unité de contrôle est configurée pour réaliser le procédé de vérification en mode alternateur comprenant :
Une étape de vérification en vérifiant que la valeur de courant de sortie calculée AMS soit comprise dans une plage limitée par une valeur de marge négative -Marge et une valeur courant sortie maxi positive +Max,
Si la valeur de courant de sortie calculée AMS est en dehors de cette plage, une étape de commande de l’alimentation du courant d’excitation du rotor lexc en mode dégradé en ne prenant plus en compte les mesures du courant du capteur de courant 3 et une étape de mise en mode défaut capteur de courant 3.
Selon une autre réalisation non représentée, dans le cas où le capteur est monté (volontairement) à l’envers, c’est-à-dire que le capteur mesure un courant de sortie négatif et un courant d’entrée positif, la valeur de courant sortie min est donc positive et la valeur de courant sortie maxi est négative. Bien entendu dans ce cas dans le cas où la machine électrique est un alternateur démarreur en mode moteur, la valeur de marge est une valeur de marge négative.
Dans les exemples décris ci-dessus, l’unité de contrôle calcule le courant vu d’un référentiel machine électrique, c’est-à-dire que le courant de sortie réel (en mode alternateur) est un courant positif et que le courant d’entrée réel (en mode moteur) est négatif. Bien entendu, il est possible que l’unité de contrôle calcule le courant vu d’un référentiel batterie, c’est-à-dire qu’il considère dans ses calculs que le courant de sortie réel (en mode alternateur) est un courant négatif et que le courant d’entrée réel (en mode moteur) est positif. Le capteur peut donc aussi être monté dans le même sens que ce référentiel vu coté batterie mais peut aussi être monté dans le sens référentiel vu machine. Selon une autre invention, la machine électrique est un alternateur et comprend uniquement un redresseur et un mode alternateur. L’unité de contrôle est alors uniquement configurée pour réaliser les étapes en mode alternateur du procédé de commande. L’alternateur comprend alors un capteur de courant 3 et une unité de contrôle configurée pour calculer le courant de sortie et envoyer une information à l’unité de commande de moteur thermique en fonction de ce courant de sortie calculé. L’unité de contrôle peut en outre être configurée pour comprendre le procédé de vérification notamment celui décrit en mode alternateur.
Bien entendu, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique.
Claims (11)
- Revendications1. Machine électrique (M) pour un véhicule automobile (V), la machine électrique (M) comprenant au moins un mode alternateur et un mode moteur, la machine comprenant :• un stator comprenant des enroulements de phases, • une borne positive destinée à être reliée à une borne positive de la batterie (B), • un onduleur redresseur électrique (2) relié aux phases, l’onduleur redresseur (2) étant configuré en mode alternateur pour redresser le courant alternatif des phases en courant continu et en mode moteur pour onduler un courant continu provenant de la borne positive en courant alternatif pour alimenter les enroulements de phases, • un capteur de courant (3) monté entre l’onduleur redresseur (2) et la borne positive • une unité de contrôle (4) comprenant :i. une entrée reliée au capteur de courant, ii. une sortie apte à être reliée à une unité de commande électronique (U) de moteur thermique du véhicule (V), l’unité de contrôle (4) étant configurée pour :• calculer une valeur de courant de sortie ou d’entrée (Cl) en fonction du signal provenant du capteur de courant (3) par son entrée, • envoyer une information (Ti) en fonction de la valeur de courant calculée par sa sortie à l’unité de commande électronique de moteur.
- 2. Machine électrique (M) pour un véhicule automobile (V), selon la revendication précédente, dans laquelle l’unité de contrôle (4) est configurée pour calculer une estimation de température (TE) du stator en fonction de la valeur de courant de sortie calculée.
- 3. Machine électrique (M) pour un véhicule automobile (V), selon la revendication 1 ou 2, comprenant une entrée de batterie destinée à être connectée à la borne positive de la batterie, comprenant un mode moteur, dans laquelle l’unité de contrôle (4) est configurée pour :• mesurer la tension (MU) à la borne positive, • calculer une valeur perte câble (PC) en multipliant un coefficient par la valeur de courant de sortie en valeur absolue calculée, • calculer une valeur d’estimation de la tension de la batterie (Ubat) en mode moteur en ajoutant la valeur perte câble à la tension mesurée, • commander le redresseur onduleur (Ond) en fonction de cette estimation de la tension batterie.
- 4. Machine électrique (M) pour un véhicule automobile (V), selon l’une des revendications précédentes, comprenant • un rotor comprenant une bobine d’excitation, • un capteur de position du rotor, • l’unité de contrôle (4) comprenant :• une entrée reliée au capteur de position du rotor • une sortie de courant d’excitation pour alimenter le rotor de la machine électrique, l’unité de contrôle (4) étant configurée pour en mode alternateur :• calculer une vitesse du rotor (V) par le biais des signaux du capteur de mouvement, • calculer un couple de charge mécanique prélevé (CT) en fonction d’une tension mesurée, du courant de sortie calculé, de la vitesse de rotation du rotor calculée et du rendement de la machine.
- 5. Machine électrique (M) pour un véhicule automobile (V), selon la revendication précédente, dans laquelle l’information envoyée est, en mode alternateur, le couple de charge mécanique prélevé.
- 6. Machine électrique (M) pour un véhicule automobile (V), selon la revendication 4 ou 5, dans laquelle l’unité de contrôle (4) comprend :• une entrée unité de commande de moteur apte à être reliée à l’unité de commande électronique de moteur (U) du véhicule, et dans lequel l’unité de contrôle (4) est configurée pour :• recevoir une information de couple de charge mécanique limite (RCM) par l’unité de commande électronique de moteur, • calculer le courant d’excitation (lexc) à fournir au rotor en fonction du couple de charge mécanique prélevé calculé et du couple de charge mécanique limite reçu.
- 7. Machine électrique (M) pour un véhicule automobile (V) selon la revendication 6, comprenant dans laquelle l’unité de contrôle (4) est configurée pour en mode alternateur:• mesurer la tension du réseau entre la borne positive de la Machine électrique (M) et la masse de la machine électrique, • comparer la tension du réseau mesurée (MU) à une tension de charge prédéterminée correspondant à une tension au dessus de la tension de la batterie, • si la tension de réseau diminue en dessous de la tension prédéterminée:i. augmenter progressivement le courant d’excitation de manière à augmenter la tension pour que la tension du réseau soit égale à la tension prédéterminé, ii. comparer le couple de charge (CT) et le couple de charge limite consigne, iii. si le couple de charge atteint le couple de charge limite, envoyer une information à l’unité de commande de moteur, iv. si la tension mesurée est égale à la tension prédéterminée augmenter le courant d’excitation si le couple de charge calculé est en dessous du couple de charge limite ou/et en dessous d’un courant de consigne.
- 8. Machine électrique (M) pour un véhicule automobile (V), selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’information envoyée par l’unité de contrôle (4) est la valeur de courant calculée.
- 9. Machine électrique (M) pour un véhicule automobile (V), selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’unité de contrôle (4) est configurée pour coder et décoder des informations transmises par un BUS notamment un bus LIN ou CAN.
- 10. Machine électrique (M) pour un véhicule automobile (V) selon les revendications 8 et 9, dans laquelle l’entrée unité de commande électronique de moteur est connecté au même BUS que l’information envoyée par l’unité de contrôle.
- 11. Machine électrique (M) pour un véhicule automobile (V) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’unité de contrôle (4) est configurée pour vérifier que le courant calculé soit du bon signe en le comparant à une valeur de signe inverse, si le courant calculée est de signe inverse et est plus éloignée de zéro que la valeur de signe inverse alors mettre en mode dégradé la machine électrique.
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