Brevet FR2935559A1 — publié le 20100305

L'invention concerne notamment un procédé de protection d'une source de stockage d'énergie, notamment une batterie d'un véhicule automobile. Le brevet EP 920 722 BI décrit un système de régulation d'un générateur sur un véhicule automobile. 10 Il est connu d'imposer à une machine électrique tournante telle qu'un alternateur, un mode de fonctionnement choisi parmi une pluralité de modes prédéterminés. Ces modes sont imposés par une machine d'états et correspondent par exemple aux modes suivants : 15 - Mode d'arrêt appelé mode STAND_BY dans lequel l'excitation du rotor est maintenue, en termes de rapport cyclique, à 0%, - Mode de temporisation appelé mode TIMER dans lequel l'excitation est coupée pendant un temps prédéterminé, par exemple pendant 5 secondes, au démarrage, 20 - Mode de pré-excitation appelé PRE_EXC du rotor pendant lequel le rapport cyclique est maintenu à environ 12.5% par exemple (un but de ce mode est de magnétiser le rotor afin de pouvoir mesurer la fréquence de phase avant le mode normal de régulation, dès la rotation), - Mode de réponse progressive appelé mode LRC pendant lequel le rapport 25 cyclique varie entre 0 et 100%, - Mode normal de régulation appelé mode NORMAL pendant lequel le rapport cyclique varie en fonction de la charge de la batterie notamment, - Mode de régulation de phase. L'alternateur est généralement connecté à un régulateur de tension et à une 30 batterie, de manière connue en soi. 1 Un ou plusieurs capteurs de vitesse de rotation du rotor de l'alternateur peuvent être prévus et une ou plusieurs vis de phase (cette vis permettant une connexion mécanique et une liaison électrique entre des phases du stator et le régulateur) permettent au régulateur de tension de disposer d'une information représentative de cette vitesse de rotation. Ceci peut permettre de commencer à générer du courant de sortie de l'alternateur au-dessus d'une certaine vitesse, par exemple de 800 tours/minute. Dans le cas d'une déconnexion accidentelle de la vis de phase sur le véhicule, le régulateur peut être privé de la possibilité de disposer de l'information sur la vitesse de rotation de l'alternateur et ce régulateur, lorsqu'il fonctionne en mode de pré-excitation PRE_EXC, peut rester bloquer en fonctionnement dans ce mode de pré-excitation. Cette situation peut devenir dangereuse par surcharge possible de la batterie entraînant une surtension sur le réseau de bord du véhicule, dans le cas où l'alternateur fonctionne de manière prolongée dans le mode pré-excitation (notamment en dépit d'une alerte donnée par exemple par une lampe, le conducteur du véhicule ignorant cette alerte). L'invention vise notamment à pallier ce type de problème. L'invention a ainsi pour objet un procédé de protection d'une source de stockage d'énergie, notamment une batterie d'un véhicule automobile, contre une éventuelle surcharge provoquée par une application prolongée d'une tension électrique à la source de stockage d'énergie, cette tension étant générée au moins partiellement par une machine électrique tournante telle qu'un alternateur ou un alterno-démarreur, le procédé comportant les étapes suivantes : - permettre une mesure d'un niveau de charge de la source de stockage d'énergie, ce niveau de charge étant par exemple représenté par une tension mesurée aux bornes de la source de stockage d'énergie ou un signal PWM, tandis que la machine électrique tournante fonctionne dans un mode de fonctionnement prédéterminé et une excitation électrique lui est appliquée, - comparer une valeur de cette mesure avec une valeur de référence, - si la valeur mesurée pour la source de stockage d'énergie est supérieure à la valeur de référence, interrompre l'excitation appliquée à la machine électrique tournante. L'invention permet ainsi de surveiller la tension aux bornes de la source de stockage d'énergie et de la protéger contre une surcharge éventuelle, notamment dans le mode de fonctionnement de pré-excitation. Pendant ledit mode de fonctionnement prédéterminé, l'excitation appliquée à la machine électrique tournante est, si on le souhaite, sensiblement constante. De préférence le mode de fonctionnement prédéterminé correspond à un mode de pré-excitation de la machine électrique tournante. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'excitation appliquée à la machine électrique tournante pendant ce mode de fonctionnement correspond à un rapport cyclique choisi entre 5% et 20%, étant notamment proche de 12.5%. Avantageusement la valeur de référence est choisie comme la plus grande de deux valeurs de consigne. L'une des consignes provient notamment du contrôle moteur du véhicule. L'autre des consignes est notamment générée en interne dans le régulateur seulement si le contrôle moteur n'envoie aucune consigne. L'excitation électrique appliquée à la machine électrique tournante est avantageusement délivrée par un régulateur, et la première des deux valeurs de consigne est fournie extérieurement au régulateur, notamment par un système de contrôle moteur du véhicule, et transmis à ce régulateur, et la deuxième de ces valeurs de consigne est générée en interne par le régulateur. L'invention a également pour objet un régulateur pour machine électrique tournante telle qu'un alternateur ou un alterno-démarreur, ce régulateur comportant : - un bloc tel qu'un bloc logique apte à recevoir au moins une information représentative d'un niveau de charge d'une source de stockage d'énergie, une valeur de référence et une information représentative d'un mode de fonctionnement de la machine électrique tournante choisi parmi une pluralité de modes de fonctionnement, et agencé pour permettre une comparaison de l'information représentative d'un niveau de charge de la source de stockage d'énergie avec la valeur de référence au moins lorsque la machine électrique tournante fonctionne dans un mode prédéterminé détecté par le bloc, - un contrôleur de champ agencé pour recevoir un ordre du bloc logique pour provoquer l'interruption d'une excitation appliquée à la machine électrique tournante lorsque le bloc détecte, suite à ladite comparaison, un niveau de charge excessif de la source de stockage d'énergie durant ce mode de fonctionnement. Le régulateur comporte de préférence un bloc de détection de consigne maximum, notamment de type numérique, agencé pour générer ladite valeur de référence choisie comme le maximum d'une consigne interne et d'une consigne externe détectées par ce bloc de détection. Le régulateur est de préférence agencé pour recevoir et traiter au moins une information représentative de la vitesse de rotation du rotor de la machine électrique tournante. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le régulateur est agencé pour imposer à la machine électrique tournante, parmi une pluralité de modes de fonctionnement, un mode de fonctionnement en pré-excitation durant lequel une excitation électrique correspondant à un rapport cyclique prédéterminé, notamment maintenu constant pendant ce mode de fonctionnement, par exemple sensiblement égal à 12.5%, est appliquée à la machine électrique tournante. Le régulateur est, le cas échéant, agencé de manière à permettre, dans un fonctionnement non-défaillant, la réception de l'information représentative de la vitesse de rotation du rotor de la machine électrique tournante pendant le mode de fonctionnement en pré-excitation de la machine électrique tournante. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif de l'invention, et à l'examen de la figure unique annexée. On a représenté sur la figure 1 un ensemble 100 pour véhicule automobile comportant une machine électrique tournante polyphasée 1 formée, dans l'exemple considéré, par un alternateur. Cet alternateur 1 est capable d'être entraîné en rotation par un moteur à combustion interne du véhicule automobile pour produire de l'énergie électrique. De manière connue en soi, l'alternateur 1 comporte, d'une part, un stator comprenant des enroulements formant dans l'exemple décrit trois phases, et d'autre part, un rotor comprenant un enroulement d'excitation. En variante, la machine 1 peut être un alterno-démarreur. L'alternateur 1 est relié à une batterie 2 embarquée sur le véhicule. L'ensemble 100 comprend en outre un régulateur 10 de l'alternateur 1, lequel régulateur 10 est capable de fournir un courant électrique dont l'intensité varie en fonction de signaux ou impulsions d'excitation. Le régulateur 10 comporte un amplificateur différentiel 11 agencé pour délivrer une information d'erreur Er représentative de la différence entre une consigne Ref et une valeur de tension, convertie par le bloc ADC de l'analogique vers du numérique, à une borne B+ de l'alternateur 1 reliée à la batterie 2. Le régulateur 10 comprend en outre un générateur de signaux d'excitation 12 agencé pour délivrer des signaux d'excitation PWM_SIGNAL dont le rapport cyclique varie notamment en fonction de l'information d'erreur Er fournie par l'amplificateur différentiel 11. Le générateur 12 est, dans l'exemple décrit, de type à modulation de largeur d'impulsions ou PWM (en anglais Pulse Width Modulation), pouvant comporter un comparateur 8 et un générateur 9 de signaux en dent de scie. Le régulateur 10 comporte un module de commande 15 capable de commander l'excitation électrique appliquée à la machine électrique tournante 1 suivant un état de fonctionnement choisi parmi une pluralité d'états de fonctionnement prédéterminés. Ce module 15 comprend une unité de contrôle de l'excitation 16 et une machine d'états 17 capable de commander l'unité 16. La machine d'états 17 mémorise différents états de fonctionnement pouvant être appliqués à l'alternateur 1. Ces états correspondent par exemple aux : - Mode d'arrêt appelé mode STAND_BY dans lequel l'excitation du rotor est maintenue, en termes de rapport cyclique, à 0%, - Mode de temporisation appelé mode TIMER dans lequel l'excitation est coupée pendant un temps prédéterminé, par exemple pendant 5 secondes, au démarrage, - Mode de pré-excitation du rotor PRE_EXC pendant lequel le rapport cyclique est maintenu à environ 12.5% par exemple, - Mode de réponse progressive appelé mode LRC pendant lequel le rapport cyclique varie entre 0 et 100%, - Mode normal de régulation appelé mode NORMAL pendant lequel le rapport cyclique varie en fonction de la charge de la batterie notamment, - Mode de régulation de phase. Un étage de puissance 21 en aval du module 15 est connecté à l'alternateur 1 pour commander celui-ci en délivrant l'excitation sur le rotor de la machine, en fonction de signaux d'excitation fournis par le module de commande 15. Cet étage de puissance 21 comporte un transistor 22 de type MOSFET et une diode de roue libre 23. Le régulateur 10 est agencé pour recevoir et traiter au moins une information représentative de la vitesse de rotation du rotor de la machine électrique tournante 1. Une vis de phase 25 est prévue pour permettre une connexion mécanique et une liaison électrique entre des phases du stator et le régulateur Le régulateur comporte en outre un bloc logique 30 apte à recevoir au moins une information SENSE représentative d'un niveau de charge de la batterie 2, une valeur de référence Max_SP et une information représentative d'un mode de fonctionnement de la machine électrique tournante choisi parmi la pluralité de modes de fonctionnement, et agencé pour permettre une comparaison de l'information SENSE représentative d'un niveau de charge de la batterie 2 avec la valeur de référence Max_SP lorsque la machine électrique tournante fonctionne dans le mode prédéterminé PRE_EXC détecté par le bloc logique 30. L unité de contrôle de l'excitation 16, ou encore appelée contrôleur de champ, est agencée pour recevoir un ordre du bloc logique 30 pour provoquer l'interruption d'une excitation appliquée à la machine électrique tournante 1 lorsque le bloc logique 30 détecte, suite à la comparaison ci-dessus, un niveau de charge excessif de la batterie 2 durant le mode de fonctionnement PRE_EXC. Le régulateur 10 comporte un bloc de détection de consigne maximum 31 de type numérique, agencé pour générer ladite valeur de référence Max_SP choisie comme le maximum d'une consigne interne REF_INT et d'une consigne externe REF_EXT détectées par ce bloc de détection 31 Le régulateur 10 comprend en outre un sélecteur 32 pourvu par exemple d'un multiplexeur, agencé pour sélectionner l'une des valeurs de consigne REF_INT et REF_EXT et transmettre la valeur sélectionnée vers l'amplificateur différentiel 11 comme étant la consigne REF. Revendications1. Procédé de protection d'une source de stockage d'énergie (2), notamment une batterie d'un véhicule automobile, contre une éventuelle surcharge provoquée par une application prolongée d'une tension électrique à la source de stockage d'énergie, cette tension étant générée au moins partiellement par une machine électrique tournante (1) telle qu'un alternateur ou un alterno-démarreur, le procédé comportant les étapes suivantes : - permettre une mesure d'un niveau de charge de la source de stockage d'énergie, ce niveau de charge étant par exemple représenté par une tension mesurée aux bornes de la source de stockage d'énergie ou un signal PWM, tandis que la machine électrique tournante fonctionne dans un mode de fonctionnement prédéterminé et une excitation électrique lui est appliquée, - comparer une valeur (SENSE) de cette mesure avec une valeur de référence (Max_SP), - si la valeur mesurée pour la source de stockage d'énergie est supérieure à la valeur de référence, interrompre l'excitation appliquée à la machine électrique tournante. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que, pendant ledit mode fonctionnement prédéterminé, l'excitation appliquée à la machine électrique tournante (1) est sensiblement constante. 3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le mode de fonctionnement prédéterminé correspond à un mode de pré-excitation (PRE EXC) de la machine électrique tournante.30 4. Procédé selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'excitation appliquée à la machine électrique tournante pendant ce mode de fonctionnement correspond à un rapport cyclique choisi entre 5% et 20%, étant notamment proche de 12.5%. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la valeur de référence (Max_SP) est choisie comme la plus grande de deux valeurs de consigne (REF_INT ; REF_EXT). 10 6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'excitation électrique appliquée à la machine électrique tournante est délivrée par un régulateur, et par le fait que la première (REF_EXT) des deux valeurs de consigne est fournie extérieurement au régulateur, notamment par un système de contrôle moteur du véhicule, et transmis à ce régulateur, et la deuxième 15 (REF_INT) de ces valeurs de consigne est générée en interne par le régulateur. 7. Régulateur pour machine électrique tournante telle qu'un alternateur ou un alterno-démarreur, ce régulateur comportant : - un bloc tel qu'un bloc logique (30) apte à recevoir au moins une 20 information représentative d'un niveau de charge d'une source de stockage d'énergie, une valeur de référence et une information représentative d'un mode de fonctionnement de la machine électrique tournante choisi parmi une pluralité de modes de fonctionnement, et agencé pour permettre une comparaison de l'information représentative 25 d'un niveau de charge de la source de stockage d'énergie avec la valeur de référence au moins lorsque la machine électrique tournante fonctionne dans un mode prédéterminé détecté par le bloc tel que le bloc logique, - un contrôleur de champ (15) agencé pour recevoir un ordre du bloc logique pour provoquer l'interruption d'une excitation appliquée à la 30 machine électrique tournante lorsque le bloc (30) détecte, suite à ladite5comparaison, un niveau de charge excessif de la source de stockage d'énergie durant ce mode de fonctionnement. 8. Régulateur selon la revendication précédente, caractérisé par le fait qu'il comporte un bloc de détection de consigne maximum (31), notamment de type numérique, agencé pour générer ladite valeur de référence choisie comme le maximum d'une consigne interne et d'une consigne externe détectées par ce bloc de détection. 9. Régulateur selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est agencé pour recevoir et traiter au moins une information représentative de la vitesse de rotation du rotor de la machine électrique tournante. 10.Régulateur selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait qu'il est agencé pour imposer à la machine électrique tournante, parmi une pluralité de modes de fonctionnement, un mode de fonctionnement en pré-excitation durant lequel une excitation électrique correspondant à un rapport cyclique prédéterminé, notamment maintenu constant pendant ce mode de fonctionnement, par exemple sensiblement égal à 12.5%, est appliquée à la machine électrique tournante. 11. Régulateur selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est agencé de manière à permettre, dans un fonctionnement non- défaillant, la réception de l'information représentative de la vitesse de rotation du rotor de la machine électrique tournante pendant le mode de fonctionnement en pré-excitation de la machine électrique tournante.30