WO2023083829A1 - Procédé de pilotage d'une machine électrique tournante à l'état passif - Google Patents

Procédé de pilotage d'une machine électrique tournante à l'état passif Download PDF

Info

Publication number
WO2023083829A1
WO2023083829A1 PCT/EP2022/081175 EP2022081175W WO2023083829A1 WO 2023083829 A1 WO2023083829 A1 WO 2023083829A1 EP 2022081175 W EP2022081175 W EP 2022081175W WO 2023083829 A1 WO2023083829 A1 WO 2023083829A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electric machine
criterion
mode
electrical machine
rotating electrical
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/081175
Other languages
English (en)
Inventor
Haitham LAHIANI
Hamza ENNASSIRI
Mathieu MAZARIN
Akram BOUHDJAR
Nicolas DE ROTALIER
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Equipements Electriques Moteur filed Critical Valeo Equipements Electriques Moteur
Publication of WO2023083829A1 publication Critical patent/WO2023083829A1/fr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/02—Details of the control

Definitions

  • TITLE METHOD FOR CONTROLLING A ROTATING ELECTRIC MACHINE IN A PASSIVE STATE
  • the present invention relates to a method for controlling a rotating electrical machine in the passive state.
  • the invention finds a particularly advantageous application for motor vehicles equipped with a hybrid traction chain.
  • a motor vehicle hybrid traction chain is formed by a heat engine associated with a rotating electrical machine electrically connected to a battery of an electrical network.
  • the electric machine can either be installed on the front axle or the rear axle.
  • the electric machine can be mechanically linked to the heat engine by means of a belt, or integrated into a gearbox, into a clutch or into any other component of the traction chain.
  • the rotating electric machine comprises a rotor and a stator having a plurality of phases electrically connected to an inverter.
  • the inverter comprises a plurality of switching arms electrically connected in parallel. Each arm includes a high side switch and a low side switch connected to each other at a midpoint, each midpoint being intended to be connected to at least one phase of a rotating electrical machine.
  • a control module controls the opening or closing of each switch to control the power supply to the electric machine.
  • the low side switches or the high side switches are electronic power supply switches, for example of the metal-oxide field effect transistor type, also known by the acronym MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • the intrinsic diode of such a transistor has the characteristic of being bidirectional in current.
  • the switches make it possible to operate the electric machine either in a motor mode from a battery supplying electricity to an on-board network of the vehicle, or in an alternator mode to supply the on-board network and recharge the vehicle battery.
  • the voltage converter comprises three low-side switches each connected to one of the three phases and to ground and three high-side switches each connected to one of the three phases and to a terminal positive of the on-board network battery of the motor vehicle.
  • the electrical machine In certain phases of life of the motor vehicle, the electrical machine is required to be at rest in a "passive" state, known as an “idle” state.
  • This "passive" state is implemented when the desire of a traction chain supervision computer is not to supply power to the electrical network or not to draw mechanical power, or in the event of a machine fault rotating electric.
  • an electric machine having a rotor equipped with permanent magnets has the particularity of having a constant presence of magnetic flux. Consequently, if the machine is driven in rotation during its operation in "passive" mode, this generates the creation of an electromotive force (or EMF). Depending on the value of this EMF, the "passive" mode can lead to controlling the power inverter in different ways.
  • EMF electromotive force
  • the electric machine When the speed of rotation of the electric machine is low, the electric machine is controlled in an open mode, also called OC mode (for "Open Circuit” in English) in which the switches are open. This mode of operation is acceptable as long as the electromotive force generated by the electrical machine remains below the voltage of the vehicle's electrical network. On the other hand, when the electromotive force of the electrical machine becomes greater than the voltage of the electrical network, an uncontrolled current can be injected by the electrical machine into the electrical network of the vehicle, which represents a security risk. [0009] To avoid this, the control module of the electric machine monitors the electromotive force or the speed of rotation which is also a representative value of the electromotive force.
  • ASC short-circuit mode also called ASC mode (for "Active Short Circuit >> in English) in which all the electronic switches of the inverter are in the closed state.
  • ASC mode for "Active Short Circuit >> in English
  • the invention aims to remedy this drawback effectively by proposing a method for controlling a rotating electric machine integrated in a motor vehicle hybrid traction chain, said rotating electric machine comprising a rotor with permanent magnets and a plurality of phases electrically connected to an inverter provided for each phase with a switching arm having a high-side electronic switch and a low-side electronic switch,
  • said method further comprising a step of controlling the electric machine in an intermediate mode of energy optimization in which an overall energy consumption of the traction chain is reduced compared to the short-circuit mode,
  • the invention thus makes it possible, thanks to the introduction of the intermediate mode of operation, to delay the passage to the short-circuit mode in which the heat engine alone compensates for the parasitic torque of the shaft of the electric machine, while obtaining mechanical neutrality vis-à-vis the operation of the heat engine from which no torque is taken and/or electrical neutrality on the on-board network.
  • the first failover criterion is a criterion of rotational speed of the rotating electrical machine or a criterion of electromotive force generated by the rotating electrical machine.
  • the rotating electrical machine in the intermediate energy optimization mode, can be driven by torque regulation at a substantially zero value, or the rotating electric machine can be driven by torque regulation. voltage at a reference value, or the rotating electrical machine can be driven by current regulation at a reference value of current drawn by the rotating electrical machine.
  • the rotating electrical machine in the intermediate energy optimization mode, is controlled by torque regulation at a substantially zero value so as to compensate for a parasitic torque generated on the shaft. of the electrical machine due to rotation of the permanent magnet rotor.
  • the torque is maintained at substantially zero while consuming low energy on the battery.
  • the mechanical impact is reduced. This advantageously optimizes overall energy consumption.
  • the current drawn from the battery during this transient phase can be maintained within a predefined range.
  • the second switching criterion is a current consumption criterion of the rotating electrical machine.
  • the rotating electrical machine in the intermediate energy optimization mode, is controlled by voltage regulation at a reference value.
  • This embodiment makes it possible to obtain a good compromise between electrical neutrality and mechanical neutrality. This embodiment makes it possible to maintain the state of charge of the battery.
  • the reference value is substantially equal to a voltage value of an on-board network of the motor vehicle.
  • the second tilting criterion is a torque criterion of the rotating electrical machine.
  • the rotating electrical machine in the intermediate energy optimization mode, is controlled by current regulation at a reference value of current drawn by the rotating electrical machine.
  • This embodiment makes it possible to obtain electrical neutrality.
  • the electric machine is in this mode slightly in generator mode in order to compensate for these losses.
  • This embodiment has no impact on the state of charge of the battery.
  • the torque impact at the level of the vehicle in this embodiment is negligible.
  • the current reference value is a substantially zero current.
  • the second tilting criterion is a torque criterion.
  • the rotor is a permanent magnet machine without external excitation.
  • the rotor can comprise an excitation winding.
  • the rotor may be a claw rotor.
  • the rotor may be a wound rotor which also includes permanent magnets.
  • Figure 1 is a schematic representation of different possible configurations of a hybrid traction chain implementing the method according to the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of a rotating electrical machine and its inverter implementing the control method according to the invention when the electrical machine is in a passive state;
  • FIG. 3 is a diagram of the different modes of operation of the rotating electrical machine during the implementation of the control method according to the invention.
  • FIGS. 4a to 4c are functional diagrams of different types of control of the rotating electrical machine in the intermediate energy optimization mode
  • FIG. 5 is a graphic representation illustrating the difference in energy consumption between the short-circuit operating mode and the energy consumption optimization mode introduced in the method according to the invention.
  • Figure 1 shows different configurations of a traction chain 10 of a motor vehicle comprising a heat engine 1 1 associated with a rotating electrical machine 12 which can operate in a motor mode in order to ensure the traction of the motor vehicle and in a alternator mode so as to recharge an on-board network battery, in particular during a regenerative braking phase.
  • the electric machine 12 is mechanically connected to the heat engine 11 via an accessory belt also driving other ancillary elements of the heat engine, such as a pump water or an air conditioning compressor
  • the electric machine 12 is mechanically connected to the heat engine 11 on the side of the crankshaft 13.
  • the electric machine 12 is arranged downstream of a clutch 15 so as to be able to be decoupled from the heat engine 11 in a pure electric driving mode.
  • the electric machine 12 may or may not be integrated into a gearbox 16.
  • the electric machine 12 is mechanically decoupled from the heat engine 11.
  • the electric machine 12 has a rotational speed that is a multiple of that of the heat engine 11 .
  • the electric machine 12 can be installed on the front wheel set 17.1 or the rear wheel set 17.2 of the motor vehicle.
  • the implantation may be carried out by means of a coupling device 18, for example a dog clutch device, capable of selectively coupling or uncoupling the electric machine with respect to the wheels of the vehicle.
  • an inverter 20 is connected to the phases of an electric machine 12 with a permanent magnet rotor.
  • the inverter 20 comprises a plurality of switching arms 21.1, 21.2, 21.3 electrically connected in parallel.
  • Each switching arm 21.1, 21.2, 21.3 comprises a high side switch 22 and a low side switch 23 connected to each other at a midpoint, each midpoint being intended to be connected to at least one phase u , v, w of an electric machine 12.
  • the electric machine has three phases u, v, w (and three corresponding bridge arms).
  • the electric machine 12 could comprise any number of phases, in particular 5 phases for a five-phase configuration or 6 phases for a 6-phase or double-three-phase configuration.
  • a control module of the electric machine 12 controls the opening or closing of each switch 22, 23 to control the power supply to the electric machine 12.
  • the low side switches 23 or the high side switches 22 are switches power electronics, for example of the metal-oxide field effect transistor type, also known by the acronym MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • the intrinsic diode 25 of such a transistor has the characteristic of being bidirectional in current.
  • the switches 22, 23 make it possible to supply the phases u, v, w of the stator, either in a motor mode from a battery 26 electrically supplying an on-board network of the vehicle, or in an alternator mode to supply the on-board network and recharge the battery 26 of the vehicle.
  • the inverter 20 comprises three low side switches 23 each connected to one of the three phases u, v, w and to ground and three high side switches 22 each connected to one of the three phases u, v, w and to a positive terminal of the battery 26 of the on-board network of the motor vehicle.
  • the electrical machine 12 is asked to be at rest in a "passive" state called “idle” state in English.
  • This "passive" state is implemented when the desire of a traction chain supervision computer 10 is not to supply power to the electrical network or not to draw off mechanical power, or in the event of a fault in the electric machine 12.
  • the electric machine 12 when the electric machine 12 is in the passive state, the electric machine 12 is controlled in the open circuit mode or OC mode (for "Open Circuit” in English) in which the electronic switches 22, 23 of inverter 20 are open.
  • the control of the electric machine 12 in open circuit mode OC is carried out until a first switching criterion Crit_1 is fulfilled.
  • the first switching criterion Crit_1 is a rotational speed criterion of the electric machine 12 or an electromotive force criterion generated by the electric machine 12.
  • the speed criterion is defined for example by an electric machine 12 rotational speed of between 3000 and 5000 rpm.
  • the switching criterion Crit_1 is defined by an electromotive force comprised for example between 20 and 50 Volts.
  • the electric machine 12 is controlled in an intermediate energy optimization mode INT in which an overall energy consumption of the traction chain 10 is reduced compared to the short-circuit mode ASC also called ASC mode (for Active Short Circuit in English) in which all the switches 22, 23 are closed.
  • the overall energy consumption of the traction chain 10 is all of the energy consumed by the traction chain 10 in operation corresponding to the sum of a mechanical energy consumed by the heat engine 11 and an electrical energy consumed by the electric machine 12.
  • the electric machine 12 can be driven by torque regulation at a substantially zero value so as to compensate for a parasitic torque generated on the shaft of the electric machine 12 due to a rotation of the permanent magnet rotor.
  • substantially zero torque value is meant a zero torque value or in any case less than a few Newton meters, in particular less than 1 N.m or 2 N.m.
  • the electric machine 12 is controlled by voltage regulation at a reference value which is preferably substantially equal to the voltage value of the on-board network of the motor vehicle.
  • Voltage substantially equal to the voltage value of the on-board network means a voltage equal to the voltage of the on-board network or a voltage having a difference of only a few volts, in particular 1 to 2 volts, with respect to the voltage of the on-board network.
  • the voltage of the on-board network depends on the vehicle and may be between 24 Volts and 56 Volts, and in particular equal to 48 Volts.
  • the electrical machine 12 is controlled by current regulation at a current reference value taken by the electrical machine 12 from the vehicle's on-board network.
  • the reference value is a substantially zero current.
  • substantially zero current is meant a zero current or in any case less than a few amperes, in particular less than 1 ampere or 2 amperes.
  • the control of the electric machine 12 in the intermediate energy optimization mode INT is carried out until a second switching criterion Crit_2 is fulfilled.
  • This second switching criterion Crit_2 depends on the selected control of the electric machine 12.
  • the second switching criterion Crit_2 is a current consumption criterion of the electric machine 12 (and therefore a current consumption criterion taken from the vehicle edge).
  • This current consumption criterion is defined for example by a current comprised between 30A and 100A and preferably being of the order of 50A.
  • By "of the order of” is meant a variation of plus or minus 10% with respect to the value indicated.
  • the second switching criterion Crit_2 is a torque criterion of the electric machine 12.
  • This torque criterion is for example defined by a torque of the order of plus or minus 3N.m. This torque value has the advantage of having a low impact on the consumption of the combustion engine 11 and of not disturbing driving pleasure.
  • the electrical machine 12 is controlled in the ASC short-circuit mode in which all the electronic switches 22, 23 of the inverter 20 are in the closed state.
  • Figure 4a shows a functional diagram of the control of the electric machine 12 by torque regulation at a substantially zero torque.
  • a module for managing the electric machine M1 makes it possible to define, from the setpoint torque C* (here equal to 0), setpoint currents Id*, Iq* in the Park frame.
  • a current control module M2 defines corresponding setpoint voltages Vd*, Vq* in the Park frame.
  • a voltage modulation module M3 defines the phase voltage RC duty cycles sent to the inverter 20 electrically connected to the battery 26 of the on-board network.
  • the inverter 20 then controls the rotary electrical machine 12 in a motor mode.
  • a current sensor makes it possible to return the actual current values Id, Iq to the current control module which can adapt the setpoint voltages Vd*, Vq* accordingly.
  • a system 28 for monitoring the position of the rotor of the electric machine 12 makes it possible to determine a position Pr as well as a speed of rotation Wr of the rotor. These values Pr, Wr are communicated to the management module of the electric machine 12.
  • the monitoring system 28 may include in particular a Hall effect sensor or any other equivalent sensor suitable for the application,
  • Figure 4b shows a functional diagram of the control of the electrical machine 12 by voltage regulation at a voltage substantially equal to the voltage of the on-board network of the motor vehicle.
  • a voltage regulation module 29 is introduced which compares the setpoint voltage Vdc* corresponding to the optimal operating voltage of the on-board network with the actual voltage Vdc of the on-board network and determines a setpoint corresponding torque C*.
  • Figure 4c shows a functional diagram of the control of the electric machine 12 by current regulation at a substantially zero current.
  • a current regulation module 30 is introduced which compares the setpoint current Idc* (in our case substantially zero) with the actual current Idc delivered by the on-board network and determines a torque setpoint corresponding C*.
  • Figure 5 shows that when the electric machine 12 is in a passive state, the electric power P consumed by the electric machine 12 in the intermediate mode INT based on zero torque regulation (see curve C1) is less than the mechanical power P consumed by the heat engine 11 when the electric machine 12 operates in the short-circuit mode ASC (see curve C2 ). This reduction in energy consumption is observable over the entire Wr speed of the electric machine 12.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

La présente invention porte sur un procédé de pilotage d'une machine électrique tournante (12) intégrée dans une chaîne de traction (10) hybride de véhicule automobile, ledit procédé comportant, lorsque la machine électrique tournante (12) est dans un état passif: - une étape de pilotage de la machine électrique tournante (12) dans un mode circuit ouvert dans lequel les interrupteurs électroniques de l'onduleur sont ouverts, - une étape de pilotage de la machine électrique (12) dans un mode court-circuit dans lequel les interrupteurs électroniques de l'onduleur (20) sont à l'état fermé, et - une étape de pilotage de la machine électrique (12) dans un mode intermédiaire d'optimisation énergétique dans lequel une consommation énergétique globale de la chaîne de traction (10) est réduite par rapport au mode court-circuit.

Description

DESCRIPTION
TITRE : PROCÉDÉ DE PILOTAGE D'UNE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE À L'ÉTAT PASSIF
[0001] La présente invention porte sur un procédé de pilotage d'une machine électrique tournante à l'état passif. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour les véhicules automobiles munis d'une chaîne de traction hybride.
[0002] De façon connue en soi, une chaîne de traction hybride de véhicule automobile est formée par un moteur thermique associé à une machine électrique tournante connectée électriquement à une batterie d'un réseau électrique. La machine électrique peut indifféremment être implantée sur le train avant ou le train arrière. La machine électrique peut être liée mécaniquement au moteur thermique par l'intermédiaire d'une courroie, ou intégrée dans une boîte de vitesses, dans un embrayage ou dans tout autre composant de la chaîne de traction.
[0003] Classiquement, la machine électrique tournante comporte un rotor et un stator ayant une pluralité de phases connectées électriquement à un onduleur. A cet effet, l'onduleur comprend une pluralité de bras de commutation montés électriquement en parallèle. Chaque bras comprend un interrupteur de côté haut et un interrupteur de côté bas connectés l’un à l’autre en un point milieu, chaque point milieu étant destiné à être connecté à au moins une phase d’une machine électrique tournante.
[0004] Un module de contrôle commande l’ouverture ou la fermeture de chaque interrupteur pour commander l’alimentation de la machine électrique. Les interrupteurs côté bas ou les interrupteurs côté haut sont des interrupteurs électroniques d’alimentation, par exemple de type transistor à effet de champ métal- oxyde, connu aussi sous l’acronyme MOSFET de l’anglais (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). La diode intrinsèque d'un tel transistor présente la caractéristique d'être bidirectionnelle en courant. [0005] Les interrupteurs permettent de faire fonctionner la machine électrique soit dans un mode moteur à partir d’une batterie alimentant électriquement un réseau de bord du véhicule, soit dans un mode alternateur pour alimenter le réseau de bord et recharger la batterie du véhicule. Dans le cas d’une machine électrique comprenant trois phases au stator, le convertisseur de tension comprend trois interrupteurs côtés bas reliés chacun à une des trois phases et à la masse et trois interrupteurs côté haut reliés chacun à une des trois phases et à une borne positive de la batterie du réseau de bord du véhicule automobile.
[0006] Dans certaines phases de vie du véhicule automobile, il est demandé à la machine électrique d’être au repos dans un état "passif" dit état "idle" en anglais. Cet état "passif" est mis en oeuvre lorsque la volonté d'un calculateur de supervision de la chaîne de traction est de ne pas fournir de puissance au réseau électrique ou de ne pas prélever de puissance mécanique, ou en cas de défaut de la machine électrique tournante.
[0007] Or une machine électrique ayant un rotor muni d’aimants permanents a la particularité d’avoir une présence constante de flux magnétique. En conséquence, si la machine est entraînée en rotation lors de son fonctionnement dans le mode "passif", cela engendre la création d’une force électromotrice (ou FEM). En fonction de la valeur de cette FEM, le mode "passif" peut conduire à piloter l’onduleur de puissance de différentes façons.
[0008] Lorsque la vitesse de rotation de la machine électrique est faible, la machine électrique est pilotée dans un mode ouvert, dit également mode OC (pour "Open Circuit" en anglais) dans lequel les interrupteurs sont ouverts. Ce mode de fonctionnement est acceptable tant que la force électromotrice générée par la machine électrique reste inférieure à la tension du réseau électrique du véhicule. En revanche, lorsque la force électromotrice de la machine électrique devient supérieure à la tension du réseau électrique, un courant non contrôlé peut être injecté par la machine électrique sur le réseau électrique du véhicule, ce qui représente un risque sécuritaire. [0009] Pour éviter cela, le module de contrôle de la machine électrique surveille la force électromotrice ou la vitesse de rotation qui est également une valeur représentative de la force électromotrice.
[0010] Lorsque la force électromotrice ou la vitesse de rotation atteint un seuil risquant d'engendrer l'injection d'un courant non contrôlé, la machine électrique est pilotée dans un mode court-circuit ASC dit également mode ASC (pour « Active Short Circuit >> en anglais) dans lequel tous les interrupteurs électroniques de l'onduleur sont à l'état fermé. Un tel mode de fonctionnement génère un couple parasite sur l'arbre de la machine électrique qui doit être compensé par le moteur thermique qui consomme alors une énergie mécanique importante à cette fin.
[0011 ] L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un procédé de pilotage d'une machine électrique tournante intégrée dans une chaîne de traction hybride de véhicule automobile, ladite machine électrique tournante comportant un rotor à aimants permanents et une pluralité de phases connectées électriquement à un onduleur muni pour chaque phase d'un bras de commutation ayant un interrupteur électronique côté haut et un interrupteur électronique côté bas,
- ledit procédé comportant, lorsque la machine électrique tournante est dans un état passif:
- une étape de pilotage de la machine électrique tournante dans un mode circuit ouvert dans lequel les interrupteurs électroniques de l'onduleur sont ouverts, et
- une étape de pilotage de la machine électrique dans un mode court-circuit dans lequel les interrupteurs électroniques de l'onduleur sont à l'état fermé,
- ledit procédé comportant en outre une étape de pilotage de la machine électrique dans un mode intermédiaire d'optimisation énergétique dans lequel une consommation énergétique globale de la chaîne de traction est réduite par rapport au mode court-circuit,
- un passage du mode circuit ouvert au mode intermédiaire d'optimisation énergétique se produisant lorsqu'un premier critère de basculement est rempli, et un passage du mode intermédiaire de compensation de couple au mode court- circuit se produisant lorsqu'un deuxième critère de basculement est rempli. [0012] L'invention permet ainsi, grâce à l'introduction du mode de fonctionnement intermédiaire, de retarder le passage au mode court-circuit dans lequel le moteur thermique compense seul le couple parasite de l'arbre de la machine électrique, tout en obtenant une neutralité mécanique vis-à-vis du fonctionnement du moteur thermique auquel aucun couple n'est prélevé et/ou une neutralité électrique sur le réseau de bord.
[0013] Selon une mise en oeuvre de l'invention, le premier critère de basculement est un critère de vitesse de rotation de la machine électrique tournante ou un critère de force électromotrice générée par la machine électrique tournante.
[0014] Selon un aspect de l’invention, dans le mode intermédiaire d'optimisation énergétique, la machine électrique tournante peut être pilotée par une régulation en couple à une valeur sensiblement nulle, ou la machine électrique tournante peut être pilotée par une régulation en tension à une valeur de référence, ou la machine électrique tournante peut être pilotée par une régulation en courant à une valeur de référence de courant prélevé par la machine électrique tournante.
[0015] Selon une mise en oeuvre de l'invention, dans le mode intermédiaire d'optimisation énergétique, la machine électrique tournante est pilotée par une régulation en couple à une valeur sensiblement nulle de façon à compenser un couple parasite généré sur l'arbre de la machine électrique du fait d'une rotation du rotor à aimants permanents.
[0016] Dans ce mode de réalisation, le couple est maintenu sensiblement nul en consommant une faible énergie sur la batterie. L’impact mécanique est réduit Cela permet avantageusement d’optimiser la consommation globale en énergie. Le courant prélevé sur la batterie pendant cette phase transitoire peut être maintenu dans une plage prédéfinie.
[0017] Selon une mise en oeuvre de l'invention, le deuxième critère de basculement est un critère de consommation de courant de la machine électrique tournante. [0018] Selon une mise en oeuvre de l'invention, dans le mode intermédiaire d'optimisation énergétique, la machine électrique tournante est pilotée par une régulation en tension à une valeur de référence.
[0019] Ce mode de réalisation permet d’obtenir un bon compromis entre la neutralité électrique et la neutralité mécanique. Ce mode de réalisation permet de maintenir l’état de charge de la batterie.
[0020] Selon une mise en oeuvre de l'invention, la valeur de référence est sensiblement égale à une valeur de tension d'un réseau de bord du véhicule automobile.
[0021] Selon une mise en oeuvre de l'invention, le deuxième critère de basculement est un critère de couple de la machine électrique tournante.
[0022] Selon une mise en oeuvre de l'invention, dans le mode intermédiaire d'optimisation énergétique, la machine électrique tournante est pilotée par une régulation en courant à une valeur de référence de courant prélevé par la machine électrique tournante.
[0023] Ce mode de réalisation permet d’obtenir une neutralité électrique. La machine électrique est dans ce mode légèrement en mode générateur afin de compenser ces pertes. Ce mode de réalisation n’a pas d’impact sur l'état de charge de la batterie. L’impact en couple au niveau du véhicule dans ce mode de réalisation est négligeable.
[0024] Selon une mise en oeuvre de l'invention, la valeur de référence de courant est un courant sensiblement nul.
[0025] Selon une mise en oeuvre de l'invention, le deuxième critère de basculement est un critère de couple.
[0026] Selon un aspect de l’invention, le rotor est une machine à aimants permanents sans excitation extérieure. En variante le rotor peut comprendre un bobinage d’excitation. Le rotor peut être un rotor à griffes. Le rotor peut être un rotor bobiné qui comprend également des aimants permanents. [0027] La présente invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées, présentées à titre d’exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l’exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition:
[0028] [Fig. 1 ] La figure 1 est une représentation schématique de différentes configurations possibles d'une chaîne de traction hybride mettant en oeuvre le procédé selon l'invention;
[0029] [Fig. 2] La figure 2 est une représentation schématique d'une machine électrique tournante et de son onduleur mettant en oeuvre le procédé de pilotage selon l'invention lorsque la machine électrique se trouve dans un état passif;
[0030] [Fig. 3] La figure 3 est un diagramme des différents modes de fonctionnement de la machine électrique tournante lors de la mise en oeuvre du procédé de pilotage selon l'invention;
[0031] [Fig. 4a] [Fig. 4b] [Fig. 4c] Les figures 4a à 4c sont des diagrammes fonctionnels de différents types de pilotage de la machine électrique tournante dans le mode intermédiaire d'optimisation énergétique;
[0032] [Fig. 5] La figure 5 est une représentation graphique illustrant la différence de consommation énergétique entre le mode de fonctionnement en court- circuit et le mode d'optimisation de consommation énergétique introduit dans le procédé selon l'invention.
[0033] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.
[0034] La figure 1 montre différentes configurations d'une chaîne de traction 10 de véhicule automobile comportant un moteur thermique 1 1 associé à une machine électrique tournante 12 pouvant fonctionner dans un mode moteur afin d'assurer la traction du véhicule automobile et dans un mode alternateur de façon à recharger une batterie du réseau de bord, notamment lors d'une phase de freinage récupératif. [0035] Dans une configuration dite de type "PO", la machine électrique 12 est reliée mécaniquement au moteur thermique 1 1 par l'intermédiaire d'une courroie accessoire entraînant également d'autres éléments annexes du moteur thermique, tels qu'une pompe à eau ou un compresseur de climatisation
[0036] Dans une configuration dite de type "P1", la machine électrique 12 est reliée mécaniquement au moteur thermique 11 du côté du vilebrequin 13.
[0037] Dans une configuration dite de type "P2", la machine électrique 12 est disposée en aval d'un embrayage 15 de façon à pouvoir être découplée du moteur thermique 1 1 dans un mode de roulage électrique pur. La machine électrique 12 pourra être intégrée ou non à une boîte de vitesses 16.
[0038] Dans une configuration dite de type "P3", la machine électrique 12 est découplée mécaniquement du moteur thermique 11. La machine électrique 12 présente une vitesse de rotation multiple de celle du moteur thermique 11 .
[0039] Dans une configuration dite de type "P4", la machine électrique 12 peut être implantée sur le train de roues avant 17.1 ou le train de roues arrière 17.2 du véhicule automobile. L'implantation pourra être effectuée par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement 18, par exemple un dispositif à crabot, apte à sélectivement accoupler ou désaccoupler la machine électrique par rapport aux roues du véhicule.
[0040] Comme on peut le voir sur la figure 2, un onduleur 20 est connecté à des phases d'une machine électrique 12 à rotor à aimants permanents. L'onduleur 20 comprend une pluralité de bras de commutation 21.1 , 21.2, 21.3 montés électriquement en parallèle. Chaque bras de commutation 21.1 , 21.2, 21.3 comprend un interrupteur de côté haut 22 et un interrupteur de côté bas 23 connectés l’un à l’autre en un point milieu, chaque point milieu étant destiné à être connecté à au moins une phase u, v, w d’une machine électrique 12. Dans l'exemple de la figure 2, la machine électrique comporte trois phases u, v, w (et trois bras de ponts correspondants). En variante, la machine électrique 12 pourrait comporter un nombre quelconque de phases, notamment 5 phases pour une configuration pentaphasée ou 6 phases pour une configuration hexaphasée ou double triphasée. [0041] Un module de contrôle de la machine électrique 12 commande l’ouverture ou la fermeture de chaque interrupteur 22, 23 pour commander l’alimentation de la machine électrique 12. Les interrupteurs côté bas 23 ou les interrupteurs côté haut 22 sont des interrupteurs électroniques d’alimentation, par exemple de type transistor à effet de champ métal-oxyde, connu aussi sous l’acronyme MOSFET de l’anglais (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). La diode intrinsèque 25 d'un tel transistor présente la caractéristique d'être bidirectionnelle en courant.
[0042] Les interrupteurs 22, 23 permettent d’alimenter les phases u, v, w du stator, soit dans un mode moteur à partir d’une batterie 26 alimentant électriquement un réseau de bord du véhicule, soit dans un mode alternateur pour alimenter le réseau de bord et recharger la batterie 26 du véhicule. Dans le cas d’une machine électrique 12 comprenant trois phases au stator, l'onduleur 20 comprend trois interrupteurs côtés bas 23 reliés chacun à une des trois phases u, v, w et à la masse et trois interrupteurs côté haut 22 reliés chacun à une des trois phases u, v, w et à une borne positive de la batterie 26 du réseau de bord du véhicule automobile.
[0043] Dans certaines phases de vie du véhicule automobile, il est demandé à la machine électrique 12 d’être au repos dans un état "passif" dit état "idle" en anglais. Cet état "passif" est mis en oeuvre lorsque la volonté d'un calculateur de supervision de la chaîne de traction 10 est de ne pas fournir de puissance au réseau électrique ou de ne pas prélever de puissance mécanique, ou en cas de défaut de la machine électrique 12.
[0044] Comme cela est illustré par la figure 3, lorsque la machine électrique 12 est à l'état passif, la machine électrique 12 est pilotée dans le mode circuit ouvert ou mode OC (pour "Open Circuit" en anglais) dans lequel les interrupteurs électroniques 22, 23 de l'onduleur 20 sont ouverts. Le pilotage de la machine électrique 12 en mode circuit ouvert OC est effectué jusqu'à ce qu'un premier critère de basculement Crit_1 soit rempli. Le premier critère de basculement Crit_1 est un critère de vitesse de rotation de la machine électrique 12 ou un critère de force électromotrice générée par la machine électrique 12. Le critère de vitesse est défini par exemple par une vitesse de rotation de machine électrique 12 comprise entre 3000 et 5000 tours/min. Alternativement, le critère de basculement Crit_1 est défini par une force électromotrice comprise par exemple entre 20 et 50 Volts.
[0045] Lorsque le premier critère de basculement Crit_1 est rempli, la machine électrique 12 est pilotée dans un mode intermédiaire d'optimisation énergétique INT dans lequel une consommation énergétique globale de la chaîne de traction 10 est réduite par rapport au mode court-circuit ASC dit également mode ASC (pour Active Short Circuit en anglais) dans lequel tous les interrupteurs 22, 23 sont fermés. La consommation énergétique globale de la chaîne de traction 10 est l'ensemble de l'énergie consommée par la chaîne de traction 10 en fonctionnement correspondant à la somme d'une énergie mécanique consommée par le moteur thermique 1 1 et d'une énergie électrique consommée par la machine électrique 12.
[0046] Comme cela est expliqué plus en détails ci-après, dans le mode intermédiaire d'optimisation énergétique INT, la machine électrique 12 pourra être pilotée par une régulation en couple à une valeur sensiblement nulle de façon à compenser un couple parasite généré sur l'arbre de la machine électrique 12 du fait d'une rotation du rotor à aimants permanents. Par "valeur de couple sensiblement nulle", on entend une valeur de couple nulle ou dans tous les cas inférieure à quelques Newton-mètres, notamment inférieur à 1 N.m ou 2 N.m.
[0047] Alternativement, la machine électrique 12 est pilotée par une régulation en tension à une valeur de référence qui est de préférence sensiblement égale à la valeur de tension du réseau de bord du véhicule automobile. Par "tension sensiblement égale à la valeur de tension du réseau de bord", on entend une tension égale à la tension du réseau de bord ou une tension présentant un écart de quelques Volts uniquement, notamment 1 à 2 Volts, par rapport à la tension du réseau de bord. La tension du réseau de bord dépend du véhicule et pourra être comprise entre 24Volts et 56 Volts, et notamment égale à 48 Volts.
[0048] Alternativement, dans le mode intermédiaire d'optimisation énergétique INT, la machine électrique 12 est pilotée par une régulation en courant à une valeur de référence de courant prélevé par la machine électrique 12 sur le réseau de bord du véhicule. De préférence, la valeur de référence est un courant sensiblement nul. Par "courant sensiblement nul", on entend un courant nul ou dans tous les cas inférieur à quelques ampères, notamment inférieur à 1 ampère ou 2 ampères.
[0049] Le pilotage de la machine électrique 12 dans le mode intermédiaire d'optimisation énergétique INT est effectué jusqu'à ce qu'un deuxième critère de basculement Crit_2 soit rempli. Ce deuxième critère de basculement Crit_2 dépend du pilotage choisi de la machine électrique 12.
[0050] Dans le cas d'un pilotage en couple de la machine électrique 12, le deuxième critère de basculement Crit_2 est un critère de consommation de courant de la machine électrique 12 (et donc un critère de consommation de courant prélevé sur le réseau de bord du véhicule). Ce critère de consommation de courant est défini par exemple par un courant compris entre 30A et 100A et valant de préférence de l'ordre de 50A. Par "de l'ordre de", on entend une variation de plus ou moins 10% par rapport à la valeur indiquée.
[0051] Dans le cas d'un pilotage en tension de la machine électrique 12 à une valeur de tension sensiblement égale à la tension du réseau de bord ou d'un pilotage en courant de la machine électrique 12 à une valeur de courant sensiblement nulle, le deuxième critère de basculement Crit_2 est un critère de couple de la machine électrique 12. Ce critère de couple est par exemple défini par un couple de l'ordre de plus ou moins 3N.m. Cette valeur de couple présente l'intérêt d'avoir un faible impact sur la consommation du moteur thermique 1 1 et de ne pas perturber l'agrément de conduite.
[0052] Lorsque le deuxième critère de basculement Crit_2 est rempli, la machine électrique 12 est pilotée dans le mode court-circuit ASC dans lequel tous les interrupteurs électroniques 22, 23 de l'onduleur 20 sont à l'état fermé.
[0053] La figure 4a montre un diagramme fonctionnel du pilotage de la machine électrique 12 par une régulation en couple à un couple sensiblement nul.
[0054] Un module de gestion de la machine électrique M1 permet de définir, à partir du couple de consigne C* (ici égal à 0), des courants de consigne Id*, Iq* dans le repère de Park. [0055] Un module de contrôle de courant M2 définit des tensions de consigne correspondantes Vd*, Vq* dans le repère de Park.
[0056] Un module de modulation de tension M3 définit des rapports cycliques RC de tension de phase envoyés à l'onduleur 20 relié électriquement à la batterie 26 du réseau de bord. L'onduleur 20 commande alors la machine électrique tournante 12 dans un mode moteur.
[0057] Un capteur de courant permet de retourner les valeurs réelles de courant Id, Iq vers le module de contrôle en courant qui pourra adapter les tensions de consigne Vd*, Vq* en conséquence.
[0058] Un système 28 de suivi de la position du rotor de la machine électrique 12 permet de déterminer une position Pr ainsi qu'une vitesse de rotation Wr du rotor. Ces valeurs Pr, Wr sont communiquées au module de gestion de la machine électrique 12. Le système de suivi 28 pourra comporter notamment un capteur à effet Hall ou tout autre capteur équivalent adapté à l'application,
[0059] La figure 4b montre un diagramme fonctionnel du pilotage de la machine électrique 12 par une régulation en tension à une tension sensiblement égale à la tension du réseau de bord du véhicule automobile. Par rapport au diagramme de la figure 4a, on introduit un module de régulation de tension 29 qui compare la tension de consigne Vdc* correspondant à la tension de fonctionnement optimale du réseau de bord avec la tension réelle Vdc du réseau de bord et détermine une consigne de couple C* correspondante.
[0060] La figure 4c montre un diagramme fonctionnel du pilotage de la machine électrique 12 par une régulation en courant à un courant sensiblement nul. Par rapport au diagramme de la figure 4a, on introduit un module de régulation de courant 30 qui compare le courant de consigne Idc* (dans notre cas sensiblement nul) avec le courant réel débité Idc par le réseau de bord et détermine une consigne de couple C* correspondante.
[0061] La figure 5 met en évidence que lorsque la machine électrique 12 est dans un état passif, la puissance électrique P consommée par la machine électrique 12 dans le mode intermédiaire INT basé sur une régulation à couple nul (cf. courbe C1 ) est inférieure à la puissance mécanique P consommée par le moteur thermique 11 lorsque la machine électrique 12 fonctionne dans le mode court-circuit ASC (cf. courbe C2). Cette réduction de la consommation énergétique est observable sur tout le régime Wr de la machine électrique 12.
[0062] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et/ou formes de réalisation de la présente 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. [0063] En outre, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de pilotage d'une machine électrique tournante (12) intégrée dans une chaîne de traction (10) hybride de véhicule automobile, ladite machine électrique tournante (12) comportant un rotor à aimants permanents et une pluralité de phases (u, v, w) connectées électriquement à un onduleur (20) muni pour chaque phase d'un bras de commutation (21.1 , 21.2, 21.3) ayant un interrupteur électronique côté haut (22) et un interrupteur électronique côté bas (23),
- ledit procédé comportant, lorsque la machine électrique tournante (12) est dans un état passif:
- une étape de pilotage de la machine électrique tournante (12) dans un mode circuit ouvert (OC) dans lequel les interrupteurs électroniques de l'onduleur (20) sont ouverts, et
- une étape de pilotage de la machine électrique (12) dans un mode court- circuit (ASC) dans lequel les interrupteurs électroniques de l'onduleur (20) sont à l'état fermé, caractérisé en ce que ledit procédé comporte en outre une étape de pilotage de la machine électrique (12) dans un mode intermédiaire d'optimisation énergétique (INT) dans lequel une consommation énergétique globale de la chaîne de traction (10) est réduite par rapport au mode court-circuit (ASC),
- un passage du mode circuit ouvert (OC) au mode intermédiaire d'optimisation énergétique (INT) se produisant lorsqu'un premier critère de basculement (Crit_1 ) est rempli, et un passage du mode intermédiaire de compensation de couple au mode court-circuit (ASC) se produisant lorsqu'un deuxième critère de basculement (Crit_2) est rempli.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le premier critère de basculement (Crit_1 ) est un critère de vitesse de rotation de la machine électrique tournante (12) ou un critère de force électromotrice générée par la machine électrique tournante (12). Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans le mode intermédiaire d'optimisation énergétique (INT), la machine électrique tournante (12) est pilotée par une régulation en couple à une valeur sensiblement nulle de façon à compenser un couple parasite généré sur l'arbre de la machine électrique (12) du fait d'une rotation du rotor à aimants permanents. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le deuxième critère de basculement (Crit_2) est un critère de consommation de courant de la machine électrique tournante (12). Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans le mode intermédiaire d'optimisation énergétique (INT), la machine électrique tournante (12) est pilotée par une régulation en tension à une valeur de référence. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la valeur de référence est sensiblement égale à une valeur de tension d'un réseau de bord du véhicule automobile. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le deuxième critère de basculement (Crit_2) est un critère de couple de la machine électrique tournante (12). Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans le mode intermédiaire d'optimisation énergétique (INT), la machine électrique tournante (12) est pilotée par une régulation en courant à une valeur de référence de courant prélevé par la machine électrique tournante (12). Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la valeur de référence de courant est un courant sensiblement nul. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le deuxième critère de basculement (Crit_2) est un critère de couple.
PCT/EP2022/081175 2021-11-09 2022-11-08 Procédé de pilotage d'une machine électrique tournante à l'état passif WO2023083829A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2111853A FR3129044A1 (fr) 2021-11-09 2021-11-09 Procédé de pilotage d'une machine électrique tournante à l'état passif
FRFR2111853 2021-11-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023083829A1 true WO2023083829A1 (fr) 2023-05-19

Family

ID=80225436

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/081175 WO2023083829A1 (fr) 2021-11-09 2022-11-08 Procédé de pilotage d'une machine électrique tournante à l'état passif

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3129044A1 (fr)
WO (1) WO2023083829A1 (fr)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7279862B1 (en) * 2006-08-04 2007-10-09 Gm Global Technology Operations, Inc. Fault handling of inverter driven PM motor drives
DE102012002023A1 (de) * 2011-06-21 2012-12-27 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Wechselrichterschaltung einer Elektromaschine
DE102014209887A1 (de) * 2014-05-23 2015-11-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Schalten eines Wechselrichters eines elektrischen Antriebs eines Kraftfahrzeugs und entsprechend schaltbarer Wechselrichter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7279862B1 (en) * 2006-08-04 2007-10-09 Gm Global Technology Operations, Inc. Fault handling of inverter driven PM motor drives
DE102012002023A1 (de) * 2011-06-21 2012-12-27 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Wechselrichterschaltung einer Elektromaschine
DE102014209887A1 (de) * 2014-05-23 2015-11-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Schalten eines Wechselrichters eines elektrischen Antriebs eines Kraftfahrzeugs und entsprechend schaltbarer Wechselrichter

Also Published As

Publication number Publication date
FR3129044A1 (fr) 2023-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1537328B1 (fr) Dispositif de commande d une machine electrique tournante reversible
EP0251916A1 (fr) Ensemble d'alimentation électrique notamment pour véhicule automobile et machine électrique tournante pour un tel ensemble
EP1436878B1 (fr) Alternateur a pont de redressement, notamment pour vehicule automobile
FR2934217A1 (fr) Chaine de traction electrique pour vehicule automobile.
WO2003088471A2 (fr) Agencement pour la mise en œuvre d'une machine electrique tournante polyphasee et reversible associee a un moteur thermique d'un vehicule automobile
FR3084622A1 (fr) Architecture de traction comportant des machines electriques basse tension integrees dans les roues d'un vehicule automobile
FR2889117A1 (fr) Systeme d'entrainement des roues motrices d'un vehicule automobile electrique, comprenant deux moteurs, une batterie de puissance et une batterie d'energie
WO2023083829A1 (fr) Procédé de pilotage d'une machine électrique tournante à l'état passif
FR2923551A1 (fr) Systeme et procede de demarrage d'un moteur thermique
EP3484736B1 (fr) Procédé de commande des organes d'une transmission hybride pour véhicule automobile
WO2012131235A2 (fr) Procede et systeme d'alimentation electrique redondante d'un vehicule automobile hybride
EP2746092B1 (fr) Système embarqué d'accroissement de l'autonomie d'un véhicule électrique
FR3028685A1 (fr) Systeme d'alimentation electrique d'un vehicule automobile et module electronique de commande correspondant
WO2020025611A1 (fr) Machine électrique tournante à dimensionnement optimisé
FR2843841A1 (fr) Dispositif et procede de commande d'une machine electrique tournante pour vehicule
EP1665490B1 (fr) Dispositif de commande pour alterno-demarreur, notamment pour vehicule automobile
FR3081395A1 (fr) Architecture de traction electrique basse tension pour vehicule automobile autonome
FR3081391A1 (fr) Architecture de traction pour vehicule automobile a double machines electriques tournantes
FR3078204A1 (fr) Gestion de l’energie electrique dans un vehicule automobile hybride
WO2018051013A1 (fr) Systeme de transfert de puissance electrique
FR2938987A1 (fr) Procede de limitation de courant d'excitation maximum dans un systeme alterno-demarreur
FR2926684A1 (fr) Systeme d'alimentation electrique d'un vehicule , notamment d'un vehicule automobile hybride
FR3128068A1 (fr) Régulateur comprenant un module de sécurité pour une machine électrique tournante
FR3065919B1 (fr) Architecture de traction pour vehicule automobile integrant deux machines electriques tournantes reversibles
FR3128080A1 (fr) Régulateur comprenant un module de sécurité pour une machine électrique tournante

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22814365

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1