FR3128836A1 - Dispositif de détermination de la position angulaire d’un rotor de machine électrique tournante - Google Patents
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Abstract
Dispositif de commande (45) d’un onduleur/redresseur (9) d’un circuit électrique de véhicule hybride ou électrique, le circuit électrique comprenant : - un enroulement électrique de stator polyphasé, - une batterie (31), - au moins une unité de stockage d’énergie électrique (35) montée en parallèle de la batterie (31), et - l’onduleur/redresseur (9), monté entre l’enroulement électrique de stator et la batterie (31), et comprenant une pluralité de cellules de commutation commandables, le dispositif de commande (45) de l’onduleur/redresseur étant configuré pour commander les cellules de commutation de manière à ce que la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator ait une valeur déterminée en fonction : - de la valeur de la tension de la batterie (31), et - de l’une au moins parmi la température de l’unité de stockage d’énergie électrique (35) et de la température des cellules de commutation commandables de l’onduleur/redresseur (9). Figure d’abrégé: Fig 3
Description
La présente invention concerne un dispositif de commande d’un onduleur/redresseur d’un circuit électrique de véhicule, ainsi qu’un tel circuit électrique.
L’invention s’applique par exemple lorsque le véhicule est un véhicule hybride ou électrique.
Un tel circuit électrique comprend de façon connue :
- un enroulement électrique de stator polyphasé,
- une batterie,
- au moins une unité de stockage d’énergie électrique montée en parallèle de la batterie, et
- l’onduleur/redresseur, monté entre l’enroulement électrique de stator et la batterie, et comprenant une pluralité de cellules de commutation commandables,
Ce circuit électrique fait partie d’un ensemble de propulsion hybride ou électrique comprenant en outre une machine électrique tournante, étant un alterno-démarreur alimenté par une tension nominale de 12V ou de 48V, voire plus. La machine électrique peut également être une machine de propulsion alimentée par une tension nominale de 12V ou de 48V, voire plus.
Les spécifications établies par les constructeurs peuvent imposer de pouvoir réaliser des démarrages à froid à des températures de l’ordre de -40°C. Un démarrage à froid dans de telles conditions nécessite un courant de phase maximal dans l’enroulement électrique de stator. La circulation d’un tel courant de phase maximal entraîne d’une part la présence d’une ondulation de courant importante dans l’unité de stockage d’énergie électrique en parallèle de la batterie. Pour de basses températures, la résistance série équivalente de l’unité de stockage d’énergie électrique est importante, d’où il suit qu’une ondulation de tension d’amplitude élevée peut apparaître sur le bus continu aux bornes duquel est montée cette unité de stockage d’énergie électrique. La tension sur le bus continu peut dépasser la valeur maximale admise sur ce bus et ce dépassement peut provoquer l’arrêt de la machine électrique par un système de protection.
D’autre part, la circulation d’un courant de phase maximal dans l’enroulement électrique de stator entraine l’apparition de surtensions importantes pour les cellules de commutation commandables de l’onduleur/redresseur lorsque ces dernières passent à l’état bloqué. Pour de basses températures, la tension de claquage de ces cellules de commutation est faible, de sorte que ces surtensions risquent de conduire au dépassement de cette tension de claquage et donc à la destruction ou à la dégradation de ces cellules de commutation. Pour remédier à ce risque, il est connu de ralentir la commutation des cellules de commutation pour ces basses températures sans en modifier la fréquence. Cependant, ce ralentissement de la commutation entraîne une augmentation des pertes par commutation.
Il existe un besoin pour permettre de démarrer, notamment à froid, une machine électrique tournante pour la propulsion d’un véhicule hybride ou électrique.
L’invention a pour objet de répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l’un de ses aspects, à l’aide d’un dispositif de commande d’un onduleur/redresseur d’un circuit électrique de véhicule hybride ou électrique, le circuit électrique comprenant :
- un enroulement électrique de stator polyphasé,
- une batterie,
- au moins une unité de stockage d’énergie électrique montée en parallèle de la batterie, et
- l’onduleur/redresseur, monté entre l’enroulement électrique de stator et la batterie, et comprenant une pluralité de cellules de commutation commandables,
le dispositif de commande de l’onduleur/redresseur étant configuré pour commander les cellules de commutation de manière à ce que la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator ait une valeur déterminée en fonction :
- de la valeur de la tension de la batterie, et
- de l’une au moins parmi la température de l’unité de stockage d’énergie électrique et de la température des cellules de commutation commandables.
L’invention consiste à agir sur la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator de manière à réchauffer l’unité de stockage d’énergie électrique et/ou les cellules de commutation commandables.
Le réchauffement de l’unité de stockage d’énergie électrique conduit à une diminution de sa résistance série équivalente, ce qui réduit l’amplitude de l’ondulation de tension dans le bus continu et remédie aux inconvénients précités.
Par ailleurs, le réchauffement des cellules de commutation commandables permet d’augmenter la valeur de la tension de claquage aux bornes de ces cellules de commutation, de sorte que cette valeur n’est plus franchie lors du démarrage à froid. On évite ainsi la destruction des cellules de commutation sans avoir à augmenter les pertes par commutation.
Au sens de la présente demande, un véhicule désigne toute forme de mobilité à propulsion électrique ou hybride. « Véhicule » englobe ainsi un engin roulant sur terre via quatre, trois, deux roues ou tout autre nombre de roues, ou un engin se déplaçant dans les airs ou sur l’eau, voire dans l’espace. Un exemple de véhicule est une automobile.
Le dispositif de commande est par exemple intégré à l’unité de contrôle de la transmission du véhicule (« TCU » en anglais) ou à l’unité de contrôle moteur (« ECU » en anglais) ou à une autre unité de contrôle distincte. Le dispositif de commande met par exemple en œuvre un ou plusieurs dispositifs de traitement numérique, comme des micro-contrôleurs. Le dispositif de commande est par exemple un circuit intégré de type ASIC (« Application-specific integrated circuit » en anglais).
L’intégralité de la commande des cellules de commutation commandables de l’onduleur/redresseur peut ne pas être réalisée par le dispositif de commande. D’autres organes de commande peuvent être impliqués pour agir sur l’onduleur/redresseur.
Le dispositif peut être configuré pour commander les cellules de commutation de manière à ce que la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator ait une valeur inférieure à une valeur seuil, cette valeur seuil étant déterminée en fonction :
- de la valeur de la tension de la batterie, et
- de l’une au moins parmi la température de l’unité de stockage d’énergie électrique et de la température des cellules de commutation commandables.
Ainsi, on peut borner par une valeur maximale la valeur de la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator pour réchauffer l’unité de stockage d’énergie électrique et/ou les cellules de commutation commandables. Cette valeur seuil est notamment choisie pour réduire la valeur de la dérivée temporelle du courant de phase par rapport aux valeurs qu’elle pourrait atteindre en l’absence de la mise en œuvre de l’invention. Pour ce faire, on agit par exemple sur le rapport cyclique imposé aux cellules de commutation, par exemple en réduisant la valeur de ce rapport cyclique.
Pour une valeur mesurée ou estimée de la tension de la batterie, le dispositif peut être configuré pour :
- déterminer la plage de température à laquelle la température de l’unité de stockage d’énergie électrique ou la température des cellules de commutation commandables appartient, au sein de plusieurs plages de température prédéfinies, et
- commander les cellules de commutation de manière à ce que la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator ait une valeur inférieure à une valeur seuil associée à cette plage de température.
Les plages de température prédéfinies sont par exemple stockées dans le dispositif de commande.
Un intervalle de température est par exemple découpé en plusieurs plages de température prédéfinies, et chaque plage de température prédéfinie peut avoir une amplitude différente ou non. A titre d’exemple l’intervalle de température considéré peut aller de -40°C à 120°C, et certaines plages de température prédéfinies peuvent avoir une amplitude de 10°C tandis que d’autres ont une amplitude de plusieurs dizaines de degrés. L’amplitude de plage de température est par exemple plus faible pour les basses températures.
Deux plages de température prédéfinies au moins peuvent être associées à une même valeur seuil constituant une borne supérieure pour la dérivée temporelle du courant de phase de l’enroulement électrique de stator. Cette valeur seuil n’est pas nécessairement commune à toutes les plages de température prédéfinies. Une ou plusieurs plages de température prédéfinies peuvent être associées à une première valeur seuil et d’autre(s) plage(s) de température prédéfinie(s) peu(ven)t être associée(s) à une deuxième valeur seuil.
La deuxième valeur seuil peut être associée à une ou plusieurs plages de température correspondant à des températures plus élevées que celles de la ou les plages de température associées à la première valeur seuil, et la première valeur seuil peut être inférieure à la deuxième valeur seuil. Ainsi, la borne supérieure pour la dérivée temporelle du courant de phase augmente lorsque la température du ou des composants ciblés augmente, ce qui est cohérent avec l’objectif de réchauffer ce ou ces composants.
Le rapport entre la deuxième valeur seuil et la première valeur seuil peut être compris entre 5 et 20, étant par exemple compris entre 5 et 15, étant par exemple égal à 10.
Dans un exemple précis, l’intervalle de température allant de -40°C à 120°C peut être découpé selon les plages de température prédéfinies ci-dessous, et avec les valeurs seuils associées pour constituer une borne supérieure pour la valeur de la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator
| Température | Valeur seuil |
| - 40°C à -30°C | Valeur seuil 1 |
| - 30°C à -20°C | Valeur seuil 2 |
| - 20°C à 0°C | Valeur seuil 2 |
| 0°C à 120°C | Valeur seuil 2 |
Dans tout ce qui précède, la température de l’unité de stockage d’énergie électrique ou la température des cellules de commutation commandables est obtenue à l’aide d’au moins un capteur de température. Le capteur de température peut être une ou plusieurs sondes de température, de type CTN ou CPN. En variante ou en complément, il peut s’agir d’un ou plusieurs thermocouples. Le cas échéant, il peut y avoir autant de capteurs de température qu’il y a de cellules de commutation commandables ou de composants, par exemple de condensateurs, de l’unité de stockage d’énergie électrique. Dans ce cas, la température de l’unité de stockage ou la température des cellules de commutation commandables précitée est par exemple la valeur obtenue en faisant la moyenne des températures fournies par les capteurs. En variante, le nombre de capteurs de température peut être inférieur au nombre de cellules de commutation commandables ou au nombre de composants de l’unité de stockage d’énergie électrique.
En variante ou en complément, la température de l’unité de stockage d’énergie électrique ou la température des cellules de commutation commandables est obtenue à l’aide d’au moins un estimateur. Cet estimateur peut utiliser une cartographie reliant cette température et la consigne de couple de la machine. Cet estimateur est par exemple implémenté au sein du dispositif de commande. Cet estimateur peut être global pour toutes les cellules de commutation commandables ou pour l’unité de stockage d’énergie électrique.
Dans le cas où la valeur seuil est déterminée en fonction: de la valeur de la tension de la batterie, de la température de l’unité de stockage d’énergie électrique, et de la température des cellules de commutation commandables :
- une première valeur seuil intermédiaire peut être déterminée en fonction de la valeur de la tension de la batterie et de la température de l’unité de stockage d’énergie électrique, comme exposé ci-dessus,
- une deuxième valeur seul intermédiaire peut être déterminée en fonction de la valeur de la tension de la batterie et de la température des cellules de commutation commandables, comme exposé ci-dessus, et
- la valeur seuil utilisée pour la commande des cellules de commutation est la plus faible entre la première valeur seuil intermédiaire et la deuxième valeur seuil intermédiaire.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un circuit électrique de véhicule hybride ou électrique, le circuit électrique comprenant :
- un enroulement électrique de stator polyphasé,
- une batterie,
- au moins une unité de stockage d’énergie électrique montée en parallèle de la batterie,
- l’onduleur/redresseur, monté entre l’enroulement électrique de stator et la batterie, et comprenant une pluralité de cellules de commutation commandables,
et, le dispositif de commande tel que défini ci-dessus.
La batterie peut avoir une tension nominale inférieure à 60V, étant par exemple égale à 48V ou à 52V. En variante, la batterie peut avoir une tension nominale supérieure à 200V, par exemple supérieure à 300V.
L’unité de stockage d’énergie électrique peut être formée un condensateur ou par plusieurs condensateurs montés en parallèle, par exemple cinq condensateurs.
Chaque cellule de commutation commandable peut comprendre un transistor à effet de champ. La température de la cellule de commutation commandable est alors celle de la jonction P-N du transistor. Il s’agit par exemple d’un transistor MOS. Ce transistor peut être réalisé en silicium.
Le circuit électrique comprend par exemple deux sous-réseaux entre lesquels est interposé un système de commutation définissant un convertisseur de tension continu/continu. Le convertisseur de tension continu/continu peut mettre en œuvre des interrupteurs électroniques commandables, tels que des transistors en nitrure de galium (GaN), en carbure de silicium (SiC), ou en silicium. Le premier sous-réseau électrique, est par exemple celui connecté à l’onduleur/redresseur, et le deuxième sous-réseau électrique présente par exemple une tension nominale de 12V.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un ensemble de propulsion, comprenant :
- une machine électrique tournante de propulsion, et
- le circuit électrique ci-dessus
La machine électrique tournante est par exemple une machine synchrone, par exemple une machine synchrone triphasée ou une machine synchrone dont l’enroulement électrique de stator définit un double système triphasé. L’enroulement électrique de stator est par exemple formé par des fils ou par des barres conductrices reliées les unes les autres.
Dans tout ce qui précède, le rotor peut être un rotor à griffes. Ce rotor comprend alors une première et une deuxième roues polaires imbriquées, la première roue polaire définissant une série de griffes de forme globalement trapézoïdale, chaque griffe s'étendant axialement en direction de la deuxième roue polaire, la deuxième roue polaire définissant une série de griffes de forme globalement trapézoïdale, chaque griffe s'étendant axialement en direction de la première roue polaire. Un aimant permanent peut être reçu entre deux griffes consécutives circonférentiellement parlant pour le rotor.
En variante, le rotor peut être autre qu’un rotor à griffes, comprenant par exemple un paquet de tôles ou étant un rotor à cage.
Dans tout ce qui précède, le rotor peut comprendre un nombre de paires de pôles quelconque, par exemple trois, quatre, six ou huit paires de pôles.
Dans tout ce qui précède, la machine électrique peut comprendre un circuit de refroidissement du stator dans lequel circule du fluide tel que de l’air ou du liquide. Ce liquide peut être de l’eau ou de l’huile.
Le rotor peut être refroidi par ce même circuit de refroidissement ou par un autre circuit de refroidissement dans lequel circule de l’air, ou du liquide tel que de l’eau ou de l’huile.
La machine électrique tournante peut présenter une puissance électrique nominale de 4 kW, 8 kW, 15 kW, 25 kW ou plus.
La machine électrique tournante peut encore comprendre une poulie ou tout autre moyen de liaison vers le reste du groupe motopropulseur du véhicule. La machine électrique est par exemple reliée, notamment via une courroie, au vilebrequin du moteur thermique du véhicule. En variante, la machine électrique est reliée à d’autres emplacement du groupe motopropulseur, par exemple à l’entrée de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, en sortie de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, au niveau de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, ou encore sur l’essieu avant ou l’essieu arrière de ce groupe motopropulseur.
La machine électrique tournante n’est pas nécessairement une machine synchrone, pouvant être une machine asynchrone.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de commande d’un onduleur/redresseur d’un circuit électrique de véhicule hybride ou électrique, le circuit électrique comprenant :
- un enroulement électrique de stator polyphasé,
- une batterie,
- au moins une unité de stockage d’énergie électrique montée en parallèle de la batterie, et
- l’onduleur/redresseur, monté entre l’enroulement électrique de stator et la batterie, et comprenant une pluralité de cellules de commutation commandables,
procédé dans lequel on commande les cellules de commutation de l’onduleur/redresseur de manière à ce que la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator ait une valeur déterminée en fonction :
- de la valeur de la tension de la batterie, et
- de l’une au moins parmi la température de l’unité de stockage d’énergie électrique et de la température des cellules de commutation commandables de l’onduleur/redresseur.
Ce procédé est notamment mis en œuvre pour un démarrage à froid du véhicule, par exemple lorsque la température des cellules de commutation et/ou de l’unité de stockage d’énergie électrique est de l’ordre de -40°C.
Tout ou partie de ce qui précède s’applique encore au procédé qui vient d’être mentionné.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d’un exemple non limitatif de mise en œuvre de celle-ci et à l’examen du dessin annexé sur lequel :
On a représenté sur la un ensemble de propulsion 1, notamment pour véhicule automobile, auquel peut s’appliquer l’invention.
Cet ensemble de propulsion comprend une machine électrique tournante qui peut former un alterno-démarreur du véhicule ou une machine électrique de propulsion du véhicule. Cette machine électrique tournante peut être alimentée via un composant électronique de puissance 9 comprenant un onduleur/redresseur par une batterie dont la tension nominale est de 12 V ou 48 V ou d’une valeur supérieure à 300 V, par exemple.
La machine électrique tournante comporte un carter 2. A l'intérieur de ce carter 2, elle comporte, en outre, un arbre 3, un rotor 4 solidaire en rotation de l’arbre 3 et un stator 5 entourant le rotor 4. Le mouvement de rotation du rotor 4 se fait autour d’un axe X. Dans cet exemple, le carter 2 comporte un palier avant 6 et un palier arrière 7 qui sont assemblés ensemble. Ces paliers 6, 7 sont de forme creuse et portent, chacun, centralement un roulement à billes 10, 11 respectif pour le montage à rotation de l'arbre 3.
Une poulie 12 est dans l’exemple considéré fixée sur une extrémité avant de l’arbre 3, au niveau du palier avant 6, par exemple à l’aide d’un écrou en appui sur le fond de la cavité de cette poulie. Cette poulie 12 permet de transmettre le mouvement de rotation à l’arbre 3 et elle peut être reliée via une courroie au vilebrequin du moteur thermique du véhicule.
L’extrémité arrière de l’arbre 3 porte, ici, des bagues collectrices appartenant à un collecteur et reliées par des liaisons filaires au bobinage. Des balais appartenant à un porte-balais 8 sont disposés de façon à frotter sur les bagues collectrices.
Le palier avant 6 et le palier arrière 7 peuvent comporter, en outre, des ouvertures sensiblement latérales pour le passage de l’air en vue de permettre le refroidissement de la machine électrique tournante par circulation d'air engendrée par la rotation :
- d’un ventilateur avant 13 sur la face dorsale avant du rotor 4, c’est-à-dire au niveau du palier avant 6, et
- d’un ventilateur arrière 14 sur la face dorsale arrière du rotor, c’est-à-dire au niveau du palier arrière 7.
Dans cet exemple de réalisation, le stator 5 comporte un corps 15 en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches, par exemple du type semi fermée ou ouverte, équipées d’isolant d’encoches pour le montage de l’enroulement électrique polyphasé du stator. Chaque phase comporte un enroulement 16 traversant les encoches du corps 15 et formant, avec toutes les phases, un chignon avant et un chignon arrière de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements 16 sont par exemple obtenus à partir d’un fil continu recouvert d’émail ou à partir d’éléments conducteurs en forme de barre tels que des épingles reliées entre elles. L’enroulement électrique du stator est par exemple triphasé, mettant alors en œuvre un montage en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées au composant électronique de puissance 9.
Le rotor 4 de la est un rotor à griffe. Il comporte deux roues polaires 17. La première roue polaire 17 est tournée vers le composant électronique de puissance 9 tandis que la deuxième roue polaire 17 est tournée vers la poulie 12.
Chacune des roues polaires 17 comprend un fond 18 s’étendant radialement de part et d’autre de l’axe X, la roue définissant une série de griffes 19 de forme globalement trapézoïdale. Chaque griffe d’une roue polaire 17 s'étend axialement en direction de l’autre roue polaire depuis une base disposée sur la périphérie radialement extérieure du fond 18.
Le rotor 4 comporte encore, radialement intérieurement par rapport aux griffes 19, un enroulement d’excitation 21 bobiné sur un isolant de bobine 22.
Le rotor 4 peut également comporter des aimants permanents (non représentés) interposés entre deux griffes 19 voisines à la périphérie externe du rotor. En variante, le rotor 4 peut être dépourvu de tels aimants permanents.
Le rotor 4 peut encore être différent de celui représenté à la , étant par exemple formée par un empilement de tôles.
Le nombre de paires de pôles défini par le rotor 4 peut être quelconque, par exemple être égal à quatre, à six ou à huit.
La machine peut encore comprendre des capteurs de mesure de la position du rotor 4, par exemple trois capteurs à effet Hall, regroupés dans un même boîtier en plastique. Ces capteurs sont par exemple positionnés au niveau du palier arrière 7 de la machine et ils interagissent avec une cible magnétique solidaire en rotation du rotor.
L’enroulement électrique de stator de la machine électrique tournante appartient à un circuit électrique 30 comprenant l’onduleur/redresseur du composant électronique de puissance 9. Cet onduleur/redresseur 9 est interposé entre l’enroulement électrique du stator et un premier sous-réseau du réseau de bord du véhicule dont la tension nominale est dans l’exemple décrit égale à 48V. L’onduleur/redresseur 9 comprend par exemple plusieurs bras de commutation, chaque bras mettant en œuvre deux transistors montés en série et séparés par un point milieu. Chaque transistor est par exemple un transistor en silicium ou en carbure de silicium (SiC).
Le premier sous-réseau du réseau de bord comprend également dans l’exemple décrit une batterie 31 reliée au reste de ce premier sous-réseau par un interrupteur de déconnexion 32. Le premier sous-réseau peut encore comprendre ou non un ou plusieurs consommateurs 33, dont par exemple, mais de façon non limitative, un compresseur électrique de suralimentation.
Aux bornes de la sortie continue 34 de l’onduleur/redresseur 9, est disposée dans l’exemple décrit une unité de stockage d’énergie électrique 35, qui est par exemple formée par l’assemblage de plusieurs condensateurs, par exemple cinq condensateurs. Cette unité de stockage d’énergie électrique 35 a par exemple une capacité comprise entre 3000µF et 4000µF.
Le circuit électrique 30 comprend également dans l’exemple considéré un convertisseur de tension continu/continu 37 interposé entre le premier sous-réseau et un deuxième sous-réseau du réseau de bord. Similairement à l’onduleur/redresseur 9, le convertisseur de tension continu/continu comprend par exemple des transistors qui peuvent être du même type que ceux mentionnés précédemment. Le deuxième sous-réseau du réseau de bord présente par exemple une tension nominale de 12V.
De façon connue, ce deuxième sous- réseau peut comprendre une batterie 40 ainsi que des consommateurs non représentés, pouvant être choisi(s) dans la liste suivante non limitative: système d’éclairage, système de direction assistée électrique, système de freinage, système de climatisation ou système d’autoradio.
Le circuit électrique comprend encore dans l’exemple considéré une unité de contrôle 42, qui peut être le calculateur central du véhicule ou être dédiée à tout ou partie de l’ensemble de propulsion 1. Cette unité de contrôle 42 communique via un réseau de données 43, qui est par exemple de type CAN, avec différents composants du circuit électrique, comme on peut le voir sur la .
L’unité de contrôle 42 peut intégrer un dispositif de commande 45 qui va maintenant être décrit. Le dispositif de commande 45 est par exemple un ASIC ou un microcontrôleur. L’invention n’est cependant pas limitée au cas où le dispositif de commande 45 est intégré à l’unité de contrôle 42. Le dispositif de commande 45 coopère avec une unité de pilotage 44 de l’onduleur/redresseur 9, encore appelée « driver ».
Dans l’exemple décrit, le dispositif de commande 45 reçoit en entrée :
- la valeur mesurée ou estimée de la tension de la batterie 31, et
- l’une au moins parmi la température de l’unité de stockage d’énergie électrique 35 et de la température des transistors de l’onduleur/redresseur 9.
Ces valeurs de température proviennent par exemple de capteurs de température tels que des thermocouples ou des CTN, ou d’estimateurs qui peuvent être ou non réalisés par le dispositif de commande 45 lui-même.
Le dispositif de commande 45 stocke par exemple une table dans laquelle la température de l’unité de stockage d’énergie électrique 35 est, selon sa valeur, associée à une valeur seuil formant une borne maximale pour la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator. Plusieurs tables peuvent être prévues, différant selon la valeur mesurée ou estimée de la tension de la batterie 31.
L’intervalle de température de l’unité de stockage d’énergie électrique 35 compris entre -40°C et 120°C est par exemple découpé en plusieurs plages de température prédéfinies, et la borne maximale pour la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator peut être différente d’une plage de température prédéfinie à l’autre. La valeur seuil constituant une borne maximale pour la dérivée temporelle peut augmenter avec la température.
A titre d’exemple, pour une valeur mesurée ou estimée de tension aux bornes de la batterie 31 de 48V, le dispositif de commande 45 stocke la table suivante associant :
- la température de l’unité de stockage d’énergie électrique 35, et
- la valeur seuil constituant une borne maximale pour la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator
| Température | Valeur seuil |
| - 40°C à -30°C | 1,5 A/ms |
| - 30°C à -20°C | 10 A/ms |
| - 20°C à 0°C | 10 A/ms |
| 0°C à 120°C | 10 A/ms |
Pour une valeur mesurée ou estimée de tension aux bornes de la batterie 31 de 52V, le dispositif de commande 45 stocke la table suivante associant :
- la température de l’unité de stockage d’énergie électrique 35, et
- la valeur seuil constituant une borne maximale pour la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator
| Température | Valeur seuil |
| - 40°C à -30°C | 0,8 A/ms |
| - 30°C à -20°C | 10 A/ms |
| - 20°C à 0°C | 10 A/ms |
| 0°C à 120°C | 10 A/ms |
Comme on peut le voir ci-dessus, le rapport entre la valeur seuil la plus élevée et la moins élevée peut être comprise entre 5 et 15.
En variante, le dispositif de commande 45 peut stocker une table dans laquelle la température des transistors de l’onduleur/redresseur 9 est, selon sa valeur, associée à une valeur seuil formant une borne maximale pour la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator.
L’intervalle de température de ces transistors compris entre -40°C et 120°C est par exemple découpé en plusieurs plages de température prédéfinies, et la borne maximale pour la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator peut être différente d’une plage de température prédéfinie à l’autre. La valeur seuil constituant une borne maximale pour la dérivée temporelle peut augmenter avec la température.
A titre d’exemple, pour une valeur mesurée ou estimée de tension aux bornes de la batterie 31 de 48V, le dispositif de commande 45 stocke la table suivante associant :
- la température des transistors de l’onduleur/redresseur 9, et
- la valeur seuil constituant une borne maximale pour la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator
| Température | Valeur seuil |
| - 40°C à -30°C | 1,15 A/ms |
| - 30°C à -20°C | 10 A/ms |
| - 20°C à 0°C | 10 A/ms |
| 0°C à 120°C | 10 A/ms |
Pour une valeur estimée ou mesurée de tension aux bornes de la batterie 31 de 52V, le dispositif de commande 45 stocke la table suivante associant :
- la température des transistors de l’onduleur/redresseur 9, et
- la valeur seuil constituant une borne maximale pour la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator.
| Température | Valeur seuil |
| - 40°C à -30°C | 0,7 A/ms |
| - 30°C à -20°C | 10 A/ms |
| - 20°C à 0°C | 10 A/ms |
| 0°C à 120°C | 10 A/ms |
Comme on peut le voir ci-dessus, le rapport entre la valeur seuil la plus élevée et la moins élevée peut être comprise entre 5 et 15.
Dans le cas où le dispositif de commande 45 reçoit en entrée :
- la valeur mesurée ou estimée de la tension de la batterie 31,
- la température de l’unité de stockage d’énergie électrique 35, et
- la température des transistors de l’onduleur/redresseur 9
une première valeur seuil intermédiaire peut être déterminée similairement à ce qui a été décrit en référence à la table 2 et à la table 3 et une deuxième valeur seuil intermédiaire peut être déterminée similairement à ce qui a été décrit en référence à la table 4 et à la table 5. La valeur seuil utilisée pour la commande des cellules de commutation de l’onduleur/redresseur 9 est alors la plus faible de ces deux valeurs seuils intermédiaires, pour :
- une même valeur de tension de la batterie 31 mesurée ou estimée, et
- une même plage de température prédéfinie pour l’unité de stockage d’énergie électrique 35 et pour les transistors de l’onduleur/redresseur 9.
On va décrire en référence à la un exemple de fonctionnement du dispositif de commande 45 lors d’un démarrage à froid du véhicule, ce démarrage s’effectuant pour une température ambiante de -40°C.
Lors d’une étape 100, le dispositif de commande 45 reçoit une instruction de démarrer la machine électrique tournante.
Lors d’une étape 101, le dispositif de commande 45 reçoit la valeur de température des transistors de l’onduleur/redresseur 9 ou la valeur de la température de l’unité de stockage d’énergie 35. Le dispositif de commande 45 identifie alors la plage de température prédéfinie à laquelle appartient la température des transistors de l’onduleur/redresseur 9 ou à laquelle appartient la température de l’unité de stockage d’énergie électrique 35. En fonction de la valeur estimée ou mesurée de tension de la batterie 31, le dispositif de commande 45 associe cette valeur de température des transistors de l’onduleur/redresseur 9 ou de température de l’unité de stockage d’énergie électrique 35 à une valeur seuil constituant une borne maximale pour la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator, par exemple à l’aide des tables ci-dessus.
Lors d’une étape 102, le dispositif de commande 45 génère des commandes de l’onduleur/redresseur 9 de manière à ce que la valeur de la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator reste inférieure à la borne maximale identifiée lors de l’étape précédente. Cette limitation de la valeur de la dérivée temporelle de ce courant de phase permet de réchauffer l’unité de stockage d’énergie électrique 35, diminuant alors sa résistance série équivalente, et donc l’ondulation de tension à ses bornes. En variante ou en complément, cette limitation de la valeur de la dérivée temporelle de ce courant de phase permet de réchauffer les transistors de l’onduleur/redresseur 9, augmentant alors leur tension de claquage.
L’invention n’est pas limitée à ce qui vient d’être décrit.
Le contrôle de la valeur de la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator tel que décrit ci-dessus peut ne pas être effectué que lors d’un démarrage à froid. Il est par exemple effectué en permanence. On peut ainsi faire fonctionner à tout moment l’unité de stockage d’énergie électrique 35 avec une résistance série équivalent optimisée et/ou des cellules de commutation commandables de l’onduleur/redresseur 9 avec une tension de claquage optimisée.
En combinaison ou en variante du contrôle de la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator pour réchauffer l’unité de stockage d’énergie électrique 35 et/ou les cellules de commutation commandables de l’onduleur/redresseur 9, il est possible de procéder autrement pour réchauffer cette unité de stockage d’énergie électrique ou ces cellules de commutation commandables, par exemple via un élément chauffant activable et disposé à proximité, telle qu’une résistance chauffante.
Claims (13)
- Dispositif de commande (45) d’un onduleur/redresseur (9) d’un circuit électrique de véhicule hybride ou électrique, le circuit électrique comprenant :
- un enroulement électrique de stator polyphasé,
- une batterie (31),
- au moins une unité de stockage d’énergie électrique (35) montée en parallèle de la batterie (31), et
- l’onduleur/redresseur (9), monté entre l’enroulement électrique de stator et la batterie (31), et comprenant une pluralité de cellules de commutation commandables,
le dispositif de commande (45) de l’onduleur/redresseur étant configuré pour commander les cellules de commutation de manière à ce que la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator ait une valeur déterminée en fonction :
- de la valeur de la tension de la batterie (31), et
- de l’une au moins parmi la température de l’unité de stockage d’énergie électrique (35) et de la température des cellules de commutation commandables de l’onduleur/redresseur (9). - Dispositif selon la revendication précédente, étant configuré pour commander les cellules de commutation de manière à ce que la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator ait une valeur inférieure à une valeur seuil, cette valeur seuil étant déterminée en fonction :
- de la valeur de la tension de la batterie (31), et
- de l’une au moins parmi la température de l’unité de stockage d’énergie électrique (35) et de la température des cellules de commutation commandables. - Dispositif selon la revendication 2, dans lequel, pour une valeur estimée ou mesurée de la tension de la batterie donnée, le dispositif est configuré pour :
- déterminer la plage de température à laquelle la température de l’unité de stockage d’énergie électrique ou la température des cellules de commutation commandables appartient, au sein de plusieurs plages de température prédéfinies, et
- commander les cellules de commutation de manière à ce que la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator ait une valeur inférieure à une valeur seuil associée à cette plage de température. - Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel les plages de température prédéfinies ont des amplitudes différentes.
- Dispositif selon la revendication 3 ou 4, dans lequel deux plages de température prédéfinies au moins sont associées à une même valeur seuil constituant une borne supérieure pour la valeur de la dérivée temporelle du courant de phase de l’enroulement électrique de stator.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel la valeur seuil est déterminée en fonction: de la valeur de la tension de la batterie (31), de la température de l’unité de stockage d’énergie électrique (35), et de la température des cellules de commutation commandables,
une première valeur seuil intermédiaire étant déterminée en fonction de la valeur de la tension de la batterie (31) et de la température de l’unité de stockage d’énergie électrique (35),
une deuxième valeur seul intermédiaire étant déterminée en fonction de la valeur de la tension de la batterie (31) et de la température des cellules de commutation commandables, et
la valeur seuil utilisée pour la commande des cellules de commutation étant la plus faible entre la première valeur seuil intermédiaire et la deuxième valeur seuil intermédiaire. - Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la température de l’unité de stockage d’énergie électrique (35) ou la température des cellules de commutation commandables est obtenue à l’aide d’au moins un capteur.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la température de l’unité de stockage d’énergie électrique (35) ou la température des cellules de commutation commandables est obtenue à l’aide d’au moins un estimateur.
- Circuit électrique de véhicule hybride ou électrique, le circuit électrique comprenant :
- un enroulement électrique de stator polyphasé,
- une batterie (31),
- au moins une unité de stockage d’énergie électrique (35) montée en parallèle de la batterie (31),
- l’onduleur/redresseur (9), monté entre l’enroulement électrique de stator et la batterie (31), et comprenant une pluralité de cellules de commutation commandables,
et, le dispositif de commande (45) selon l’une quelconque des revendications précédentes. - Circuit électrique selon la revendication 9, dans lequel la batterie (31) a une tension nominale inférieure à 60V, étant par exemple égale à 48V ou à 52V.
- Circuit électrique selon la revendication 9 ou 10, dans lequel l’unité de stockage d’énergie électrique (35) est formée un condensateur ou par plusieurs condensateurs montés en parallèle.
- Circuit électrique selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel chaque cellule de commutation commandable comprend un transistor à effet de champ.
- Procédé de commande d’un onduleur/redresseur (9) d’un circuit électrique de
véhicule hybride ou électrique, le circuit électrique comprenant :
- un enroulement électrique de stator polyphasé,
- une batterie (31),
- au moins une unité de stockage d’énergie électrique (35) montée en parallèle de la batterie (31), et
- l’onduleur/redresseur (9), monté entre l’enroulement électrique de stator et la batterie (31), et comprenant une pluralité de cellules de commutation commandables,
procédé dans lequel on commande les cellules de commutation de manière à ce que la dérivée temporelle du courant de phase dans l’enroulement électrique de stator ait une valeur déterminée en fonction :
- de la valeur de la tension de la batterie (31), et
- de l’une au moins parmi la température de l’unité de stockage d’énergie électrique (35) et de la température des cellules de commutation commandables de l’onduleur/redresseur (9).
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|---|---|---|---|
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Citations (4)
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