Brevet FR2934529A1 — publié le 20100205

PROCEDE DE FREINAGE ELECTRIQUE ADDITIONNEL POUR VEHICULE TENANT COMPTE DE L'ETAT DE CHARGE D'UN STOCKEUR ELECTRIQUE La présente invention concerne un procédé de freinage électrique additionnel pour véhicules dans lequel un frein moteur additionnel est généré pour s'opposer à l'avancement du véhicule. L'invention a notamment pour but d'adapter ce frein moteur additionnel en fonction de l'état de charge et de santé d'un stockeur électrique du système de freinage récupératif. L'invention trouve une application avantageuse avec les véhicules hybrides mais elle pourrait également être mise en oeuvre avec les véhicules tout électriques. On connaît des véhicules hybrides ou tout électriques muni d'un système de freinage récupératif pour appliquer un couple de freinage récupératif aux roues. De manière générale, ce système de freinage comporte au moins un moteur électrique, un dispositif électrique communément dénommé variateur de vitesse ou onduleur et un stockeur électrique. Lors des phases de décélération ou de freinage, le moteur électrique fonctionne en mode générateur pour transmettre un couple de freinage aux roues, fournissant ainsi une prestation de freinage qui contribue à ralentir le véhicule, tout en permettant la recharge d'un stockeur électrique tel qu'une batterie conventionnelle à laquelle il est relié en transformant l'énergie cinétique du véhicule en énergie électrique. Par ailleurs, le véhicule comporte également un système de freinage hydraulique qui permet d'appliquer un couple de freinage dissipatif aux roues au moyen de freins à disques ou à tambours qui appliquent un effort de friction sur un élément mobile tournant avec les roues. Le véhicule comporte en outre un système de contrôle de la chaîne de traction et de freinage qui permet de piloter la répartition entre le frein récupératif et le frein dissipatif. Lorsque le système de contrôle détecte une phase de décélération et de freinage, il demande l'application d'un couple de freinage récupératif aux roues. Lorsque le système de contrôle détecte que le stockeur électrique est dans un état de charge complet et qu'il n'est plus possible d'emmagasiner l'énergie correspondant aux décélérations du véhicule, le système de contrôle interrompt sa demande de freinage récupératif. Le système de freinage conventionnel doit alors assurer la décélération et le freinage du véhicule. L'inconvénient d'un tel fonctionnement est qu'il en résulte une usure plus rapide des éléments de frein du système de freinage hydraulique (plaquettes, disques, tambours), entraînant ainsi des risques en sûreté de fonctionnement et de qualité à l'usage. En outre, un tel processus de fonctionnement n'est pas très adapté dans le cas où le véhicule électrique ou hybride doté d'un stockeur électrique de faible capacité, subit une décélération prolongée, par exemple lors de la descente d'une route de montagne. L'invention propose un procédé de freinage électrique, simple à mettre en oeuvre, reposant sur une architecture matérielle freinage déjà existante et maîtrisée qui permet de résoudre les inconvénients précités en fournissant un frein moteur additionnel lors des phases de décélération et de freinage même lorsque le stockeur est dans l'impossibilité d'accepter une recharge électrique. Plus précisément, l'invention consiste à générer un couple de freinage électrique additionnel en faisant intervenir uniquement le moteur électrique et son variateur de vitesse, indépendamment du stockeur électrique. De ce fait, lorsque le système de contrôle de freinage détecte que le stockeur ne peut plus accepter de charge électrique, ou lorsqu'il n'est pas opportun de le charger plus qu'il n'est, ou encore lorsque le stockeur est défaillant, le variateur de vitesse qui relie le moteur électrique au stockeur actionne ses commutateurs de telle sorte que la machine électrique n'échange plus d'énergie électrique avec le stockeur. En même temps, le moteur électrique est mis en court-circuit de manière temporaire ou intermittente par l'action de son variateur de vitesse, générant ainsi une force résistante qui s'oppose à l'avancement du véhicule. De cette façon, ce frein moteur additionnel contribue au freinage du véhicule. L'invention concerne donc un procédé de freinage électrique pour un véhicule, notamment un véhicule automobile hybride, équipé d'une chaîne de traction comprenant au moins un moteur électrique relié à un stockeur électrique par l'intermédiaire d'un variateur de vitesse. Selon l'invention, ledit procédé utilise le variateur de vitesse pour mettre le moteur électrique dans un état de court-circuit ou de court-circuit partiel pour générer un frein moteur additionnel lorsqu'au moins un paramètre de l'état du stockeur électrique indique qu'il est dans un état ne permettant plus d'accepter de charge électrique. Ledit paramètre est choisi parmi : l'état de charge du stockeur électrique, l'état de santé du stockeur électrique, la capacité du stockeur électrique combinée à une situation de fonctionnement du véhicule. Une situation de fonctionnement du véhicule peut correspondre par exemple à la durée d'une phase de freinage du véhicule. Selon une réalisation de l'invention, ledit variateur de vitesse est un onduleur comprenant un ensemble de commutateurs électriques, lesdits commutateurs reliant respectivement la borne négative et la borne positive du stockeur électrique aux fils de phase du moteur électrique. Ledit variateur de vitesse active lesdits commutateurs associés de façon à réaliser un court-circuit entre au moins deux des fils de phases du moteur électrique pour générer le frein moteur additionnel. De préférence, ledit moteur est un moteur triphasé et ledit variateur de vitesse comporte six commutateurs, trois commutateurs reliant la borne négative du stockeur aux fils de phases du moteur électrique et trois autres reliant la borne positive aux fils de phases du moteur électrique. Selon une mise en oeuvre du procédé de l'invention, pour générer le frein moteur additionnel, le variateur de vitesse active lesdits commutateurs associés de sorte que les trois commutateurs reliant à la borne négative du stockeur soient fermés et les trois commutateurs reliant à la borne positive du stockeur soient ouverts. Selon une mise en oeuvre de l'invention, le variateur de vitesse peut actionner ses commutateurs de façon à réaliser un court-circuit temporaire ou intermittent. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen de l'unique figure qui l'accompagne. Cette figure n'est donnée qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elle montre une représentation schématique d'un système de freinage récupératif permettant de mettre en oeuvre le procédé de freinage électrique additionnel selon l'invention. La Figure 1 montre schématiquement l'architecture d'un système de freinage récupératif existant dans un véhicule tout électrique ou hybride mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Le système de freinage récupératif comporte un moteur électrique 3 relié à un stockeur électrique 1 par l'intermédiaire d'un variateur de vitesse 2. Ce moteur électrique 3 est également relié aux roues du véhicule par l'intermédiaire d'un ensemble différentiel (non représenté). Le moteur électrique 3 transmet aux roues un couple de freinage récupératif lorsqu'il fonctionne en mode générateur pour recharger le stockeur électrique 1 et que son arbre est entraîné par les roues. Cette phase de recharge se produit lors d'une décélération ou d'un freinage. Le moteur électrique 3 peut être un moteur synchrone ou asynchrone triphasé et le variateur 2 est un onduleur de tension triphasé. L'invention peut être mise en oeuvre avec des stockeurs électriques tels que par exemple des batteries conventionnelles. Dans l'exemple illustré sur la Figure 1, l'onduleur 2 comprend six commutateurs électriques, chacun d'eux étant constitué d'un transistor et d'une diode antiparallèle. Trois des six commutateurs, appelés les commutateurs "'Iow side" reliant la borne négative du stockeur aux fils de phase du moteur électrique et les trois autres, appelés les commutateurs "high side" reliant la borne positive du stockeur aux fils de phase du moteur électrique. Un système de contrôle de freinage (non représenté) commande le couple de freinage récupératif appliqué par le moteur électrique aux roues. En particulier, ce système de contrôle de freinage reçoit des informations reflétant l'état du stockeur électrique. Ainsi lors d'une phase de décélération ou de freinage, lorsque les informations reçues par le système de contrôle de freinage indiquent que l'état de charge du stockeur ne lui permet plus d'accepter de charge électrique, ou qu'il n'est pas opportun de le charger plus qu'il n'est, ou encore lorsque le stockeur est défaillant, il interrompt l'application du couple de freinage récupératif. Il envoie une commande au variateur de vitesse 2 pour actionner ses commutateurs 4 de façon à opérer un court-circuit entre au moins deux des fils de phase du moteur électrique 3. Le moteur électrique oppose alors à l'avancement du véhicule une force résistante, qui contribue au freinage du véhicule. La puissance correspondante est alors dissipée par effet Joule dans la machine électrique. Selon une mise en oeuvre particulière de l'invention, dans le cas où le variateur 2 comporte six commutateurs 4, lorsque le stockeur est dans un état qui ne lui permet pas d'accepter de charge électrique, le variateur de vitesse 2 active alors lesdits commutateurs 4 associés de sorte que trois commutateurs reliant la borne négative du stockeur 1 aux fils de phase du stockeur soient fermés et les trois autres commutateurs reliant la borne positive du stockeur au fils de phase du stockeur 1 soient ouverts. La machine électrique n'échange alors plus d'énergie électrique avec le stockeur, en revanche, les trois fils de phase du moteur électrique se retrouvent au même potentiel. Le moteur électrique est de ce fait en court-circuit, générant ainsi une force résistante qui s'oppose à l'avancement du véhicule. De cette façon, le procédé de l'invention permet au véhicule de disposer d'un frein moteur additionnel indépendamment du stockeur électrique. Ce frein moteur additionnel permet de moins solliciter les éléments de frein du système de freinage hydraulique lorsque le moteur électrique ne peut plus assurer le freinage récupératif. Un tel procédé est particulièrement utile dans le cas où un véhicule électrique ou hybride, doté d'un stockeur électrique de faible capacité, dans une situation de fonctionnement du véhicule dans laquelle il subit une décélération prolongée, par exemple lors de la descente d'une route de montagne. En outre, le fait de disposer d'un frein moteur additionnel permet de mieux gérer la gestion de stockage d'énergie électrique du stockeur électrique pour éviter une dégradation de sa performance. On décrit maintenant la mise en oeuvre du procédé de freinage électrique additionnel de l'invention dans le cadre du freinage d'un véhicule tout électrique ou hybride qui comporte un système de freinage récupératif et un système de freinage dissipatif. L'architecture du système de freinage récupératif est tel que décrit ci-dessus, comprenant au moins un moteur électrique, un stockeur électrique et un variateur agencé entre le moteur et le stockeur. En outre le véhicule comporte un système de contrôle de freinage qui 35 commande les deux systèmes, et notamment la répartition entre le frein récupératif et le frein dissipatif. Le système de freinage récupératif permet d'appliquer un couple de freinage par l'action du moteur électrique aux roues. Le système de freinage dissipatif permet d'appliquer un couple de freinage aux roues par l'action d'un appui du conducteur sur la pédale de frein. Pendant le roulage du véhicule, lorsque le système de contrôle de freinage détecte le début d'une phase de décélération ou de freinage, il effectue une analyse de l'état du stockeur sur la possibilité d'application d'un couple de freinage récupératif aux roues. Cette analyse s'appuie sur l'état de charge du stockeur, la capacité de charge du stockeur, ou l'état de santé du stockeur estimé à partir de l'historique de recharge. Si à l'issue de cette analyse, les informations récoltées indiquent que le moteur électrique ne permet plus d'assurer les prestations de freinage, le système de contrôle de freinage envoie alors une consigne au système de freinage récupératif pour déclencher le procédé de freinage électrique additionnel tel que décrit ci-dessus dans lequel on génère un frein moteur additionnel qui constitue une contribution au freinage du véhicule. Bien entendu, l'application de ce freinage électrique additionnel est maintenue tant que l'appui sur la pédale de frein par le conducteur est détecté. Si le freinage est stoppé, le frein moteur additionnel est également supprimé. REVENDICATIONS1. Procédé de freinage électrique additionnel pour un véhicule, notamment un véhicule automobile hybride, équipé d'une chaîne de traction comprenant au moins un moteur électrique (3) relié à un stockeur électrique (1) par l'intermédiaire d'un variateur de vitesse (2), caractérisé en ce qu'il utilise le variateur de vitesse pour mettre le moteur électrique (3) dans un état de court-circuit ou de court-circuit partiel pour générer un frein moteur additionnel lorsque au moins un paramètre de l'état dudit stockeur électrique (1) indique qu'il est dans un état ne permettant plus d'accepter de charge électrique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit paramètre est choisi parmi : l'état de charge du stockeur électrique, l'état de santé du stockeur électrique, la capacité du stockeur électrique combinée à une situation de fonctionnement du véhicule. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit variateur de vitesse (2) est un onduleur comprenant un ensemble de commutateurs électriques (4), lesdits commutateurs reliant respectivement la borne négative et la borne positive du stockeur électrique (1) aux fils de phase du moteur électrique (3). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit variateur de vitesse (2) active lesdits commutateurs (4) associés de façon à réaliser un court-circuit entre au moins deux des fils de phases du moteur électrique (3) pour générer le frein moteur additionnel. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit moteur est un moteur triphasé et ledit variateur de vitesse (2) comporte six commutateurs (4), trois commutateurs reliant la borne négative du stockeur aux fils de phases du moteur électrique (3) et trois autres reliant la borne positive aux fils de phases du moteur électrique (3).35 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que pour générer le frein moteur additionnel, le variateur de vitesse (2) active lesdits commutateurs (4) associés de sorte que les trois commutateurs reliant à la borne négative du stockeur soient fermés et les trois commutateurs reliant à la borne positive du stockeur soient ouverts. 7. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le variateur de vitesse (2) actionne ses commutateurs (4) de façon à réaliser un court-circuit temporaire ou intermittent.10