Brevet FR2964612A1 — publié le 20120316

B10-0052FR 1 Procédé et dispositif de protection thermique d'un organe électrique de véhicule automobile L'invention concerne la protection thermique des organes électriques d'un véhicule automobile à motorisation de type hybride ou tout électrique. En particulier, l'invention concerne les organes électriques dédiés à la propulsion et/ou la production d'énergie électrique du véhicule automobile. Les organes électriques des véhicules automobiles purement électriques ou hybrides comprennent, de manière générale, une batterie pour alimenter un moteur électrique par l'intermédiaire d'une unité électronique de puissance. Afin de ne pas détruire ou détériorer ces organes électriques, il est nécessaire d'éviter un échauffement de ces derniers au-delà d'une température limite. On peut contrôler la température de ces organes en limitant le courant qui circule de la batterie vers le moteur électrique (en mode traction, lorsque le moteur électrique propulse le véhicule) ou inversement (en mode de récupération d'énergie, lorsque le moteur électrique récupère de l'énergie). Mais ces stratégies de protection thermiques ont l'inconvénient de générer des à-coups dans le couple délivré, ou récupéré, par le moteur électrique, et sont en générale mal ressentis par le conducteur du véhicule. On peut, par exemple, citer la demande de brevet européen EP 1 084 895 qui décrit une méthode de contrôle du couple d'un moteur électrique de véhicule électrique à partir de la température du moteur ou du niveau de charge de la batterie. On peut citer également la demande de brevet européen EP 2 110 280 qui décrit un système de contrôle pour un véhicule électrique d'une unité motrice électrique comprenant une batterie et une unité électronique de puissance pour alimenter en puissance un moteur électrique. Ce système limite le couple du moteur électrique à partir d'une consigne de couple et d'une consigne de consommation faible de manière à réduire les pertes de l'unité motrice. En outre, ce système utilise des cartographies stockées en mémoire qui donnent la valeur des pertes de l'unité motrice en fonction du couple et de la vitesse de rotation du moteur électrique. Mais la consigne de couple est dans ce cas limitée aux points de fonctionnement où les pertes ne dépassent pas une certaine valeur limite. Un des buts de l'invention est de pallier les inconvénients cités ci avant en fournissant un procédé et un dispositif améliorés pour la protection thermique des organes électriques d'un véhicule automobile lorsque la température d'un organe devient trop élevée. Un autre but de l'invention consiste à protéger les organes électriques tout en assurant la sécurité et l'agrément de conduite du véhicule. Selon un aspect, il est proposé un procédé de protection thermique d'au moins un organe électrique d'un véhicule automobile équipé d'un moteur électrique, dans lequel on mesure une température limite dudit organe électrique et une vitesse de rotation du moteur électrique et on limite le couple du moteur électrique. Dans ce procédé, on détermine une puissance mécanique maximum en fonction de la température limite et on limite le couple du moteur électrique en fonction de la vitesse de rotation du moteur électrique et de ladite puissance mécanique maximum déterminée. Ainsi, en limitant le couple de traction ou de récupération d'énergie, on limite le courant consommé ou fourni par le moteur électrique. On offre également une stratégie améliorée pour la protection thermique des organes car on prend en compte la température d'au moins un organe électrique et la vitesse de rotation du moteur électrique. Selon un mode de mise en oeuvre, on élabore une puissance de réduction qui est non nulle lorsque la valeur de la mesure de la température limite est supérieure à un seuil de température, et nulle sinon, et on détermine la puissance mécanique maximum en fonction d'une somme entre une variable paramétrable représentant une puissance mécanique maximale nominale et ladite puissance de réduction élaborée. Ainsi, on élabore une puissance de réduction en fonction de la température d'un organe électrique de manière à diminuer la limite du couple du moteur électrique lorsque la température augmente. On protège ainsi efficacement l'organe électrique d'une surchauffe. Avantageusement, ladite puissance de réduction est égale à un gain paramétrable que multiplie une différence entre ledit seuil de température et la valeur de la mesure de la température limite. A l'aide d'un tel gain paramétrable, on peut modifier la limite du couple du moteur électrique afin d'adapter la rapidité du dispositif à limiter le couple en fonction des besoins, en mode traction ou en mode de récupération d'énergie. Selon un autre mode de mise en oeuvre, on calcule un premier couple maximum en fonction du rapport entre la puissance mécanique maximum et la vitesse de rotation du moteur électrique, on détermine un deuxième couple maximum à partir d'une fonction affine par morceaux de la puissance mécanique maximum, et on limite le couple du moteur électrique en fonction du minimum entre les premier et deuxième couples maximum. Ainsi, on diminue davantage la limite du couple du moteur lorsque la vitesse de rotation du moteur est faible, ce qui permet de diminuer les à-coups du moteur électrique lors des transitions entre une vitesse de rotation faible et une vitesse de rotation élevée afin d'éviter de surprendre le conducteur lors des transitions. On peut limiter le couple de traction du moteur électrique lorsque celui-ci fonctionne en mode de traction pour propulser le véhicule automobile. On peut également limiter le couple de récupération d'énergie du moteur électrique lorsque celui-ci fonctionne en mode de récupération d'énergie pour fournir de l'énergie électrique au véhicule automobile. Selon un autre aspect, il est proposé un dispositif de protection thermique d'au moins un organe électrique d'un véhicule automobile équipé d'un moteur électrique, comprenant des moyens pour mesurer une température limite dudit organe électrique et une vitesse de rotation du moteur électrique et un moyen de limitation de couple apte à élaborer une limite de couple pour le moteur électrique. Le moyen de limitation de couple comprend un moyen de détermination de puissance pour déterminer une puissance mécanique maximum en fonction de la température limite, ladite limite de couple étant élaborée en fonction de la vitesse de rotation du moteur électrique et de ladite puissance mécanique maximum déterminée. Selon un mode de réalisation, le moyen de limitation de couple est configuré pour calculer un premier couple maximum en fonction du rapport entre la puissance mécanique maximum et la vitesse de rotation du moteur électrique, pour déterminer un deuxième couple maximum à partir d'une fonction affine par morceaux de la puissance mécanique maximum, et pour élaborer la limite de couple en fonction du minimum entre les premier et deuxième couples maximum. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de mesure de la température limite comprennent des capteurs de température pour mesurer respectivement les températures des organes électriques du véhicule automobile et un moyen de comparaison configuré pour déterminer la température limite qui est égale à la valeur maximum des températures des organes électriques mesurées. Selon encore un autre mode de réalisation, le moyen de limitation de couple comprend une boucle de régulation de la température limite qui est configurée pour commander la valeur du couple du moteur électrique à partir de la limite de couple et en fonction d'une différence entre un seuil de température et ladite température limite. Ainsi, à partir de la limite de couple, on peut réguler la température de l'organe à protéger autour d'un seuil de température. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre de façon schématique un mode de réalisation d'un dispositif de protection thermique d'un organe électrique de véhicule automobile ; - la figure 2 est une représentation graphique des variations de la puissance mécanique maximum en fonction de la température ; - la figure 3 est une représentation graphique des variations du couple maximum calculé en fonction de la vitesse de rotation du moteur ; - la figure 4 illustre un exemple de fonction affine par morceaux ; et - la figure 5 est une représentation graphique des variations de la limite du couple du moteur électrique en fonction de la vitesse de rotation du moteur électrique. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un premier mode de réalisation d'un dispositif de protection thermique 1 des organes électriques 2, 3, 4 d'un véhicule automobile. Ces organes électriques comprennent généralement une batterie 2, un moteur électrique 3 et un unité d'électronique de puissance 4. La batterie 2 alimente le moteur électrique 3 par l'intermédiaire de l'unité électronique de puissance 4. Le dispositif 1 comprend au moins un capteur de température 5, un capteur de vitesse 6 et un moyen de limitation de couple 7. Les capteurs 5, 6 permettent de mesurer respectivement la température limite T d'un organe électrique à protéger parmi les organes électrique 2, 3, 4 et la vitesse de rotation N du moteur électrique 3. A titre d'exemple, non limitatif, on mesure la température limite T de la batterie 2, mais on pourra également mesurer la température de l'unité électronique de puissance 4 ou la température du moteur électrique 3 elle-même. Le moyen de limitation de couple 7 élabore une limite de couple Climite qu'il transmet, par une connexion 8, au moteur électrique 3. Cette limite de couple Climite représente une consigne de couple maximum qui limite le couple (de traction ou de récupération) du moteur électrique 3 afin de contrôler la température limite T de la batterie 2. Cette limite Climite est positive ou nulle et le principe de son élaboration sera décrit ultérieurement. Le moyen de limitation 7 comprend un moyen de détermination de puissance 9 pour déterminer une puissance mécanique maximum Pmax, un moyen de calcul 10 pour calculer un premier couple maximum Cmaxcal, un module de détermination de couple 11 pour déterminer un deuxième couple maximum Cmax_red et un module de sortie 12 pour élaborer la limite de couple Climite, ledit module de sortie 12 étant couplé au moteur 3 par la connexion 8. Le moyen de détermination de puissance 9 reçoit la mesure de la température limite T de la batterie 2 par une connexion 13 depuis le capteur de température 5. I1 comprend en outre un sommateur 14 qui effectue la différence AT entre la valeur mesurée T de la température limite de la batterie 2 et un seuil de température Tseuil, puis transmet cette différence AT par une connexion 15 à un régulateur proportionnel 16 à gain variable G. Le sommateur 14 calcule la différence AT selon l'équation (1) suivante : AT = Tseuil-T (1) avec - T : la température limite d'un organe électrique à protéger en °C, par exemple la température limite de la batterie 2; - Tseuil : seuil de température au-delà duquel on limite le couple du moteur électrique en °C. Le régulateur proportionnel 16 à gain variable G élabore une puissance de réduction Pred, selon l'équation (2), qu'il transmet par une connexion 17 à un module de calcul 18. Pred = Min(O ; G-AT) (2) avec - Pred : puissance de réduction en Watt ; - Min : fonction qui calcule la valeur minimum entre deux variables ; - G : Gain variable en W/°C. La puissance de réduction Pred peut être négative ou nulle. En outre, le seuil de température Tseuil et le gain variable G sont deux paramètres réglables. Le module de calcul 18 détermine la puissance mécanique maximum Pmax en fonction de la puissance de réduction Pred et d'une variable paramétrable Pmax nom représentant une puissance mécanique maximale nominale. Le module de calcul 18 calcule la puissance mécanique maximum Pmax selon l'équation (3) suivante : Pmax = Max(O ; Pmax nom+Pred) (3) avec - Pmax nom : puissance mécanique maximale nominale, paramétrable, en Watt ; - Max : fonction qui calcule la valeur maximum entre deux variables. La variable paramétrable Pmax_nom représente la puissance mécanique maximale du moteur électrique en mode traction (ou en mode générateur) et en situation nominale, c'est-à-dire une situation sans défauts. Cette variable Pmax_nom est donc spécifique au type de moteur électrique utilisé. Le moyen de détermination de puissance 9 émet la puissance mécanique maximum Pmax, via une connexion 19 en direction du moyen de calcul 10 et en direction du module de détermination de couple 11. Le moyen de calcul 10 comprend un diviseur 20 et un opérateur de contrôle 21. L'opérateur de contrôle 21 reçoit la mesure de la vitesse de rotation N du moteur électrique 3 par une connexion 22 depuis le capteur de vitesse 6 et fournit une valeur strictement positive Nabs au diviseur 20 par une connexion 23 afin d'empêcher la division par zéro. Le moyen de calcul 10 transmet, par une connexion 24 le résultat du calcul du premier couple maximum Cmaxcal au module de sortie 12. Le moyen de calcul 10 calcule le premier couple maximum Cmaxcal selon les équations (4 et 5) suivantes : Pmax (4) C = max_ cal Nc (5) Nc = Max(Nabs ; Eps) avec - Cmaxcal : premier couple maximum, noté également couple maximum calculé, en N-m ; - Nc : paramètre strictement positif en radians-'; - Nabs : valeur absolue de la vitesse de rotation N du moteur électrique 3 en radian- s-' ; - Eps : constante égale à 1 en radians-' (pour éviter la division par 0 lorsque la vitesse de rotation N du moteur électrique 3 est nulle). Le module de détermination de couple 11 détermine le 30 deuxième couple maximum Cmax_red qu'il transmet, par une connexion 25 au module de sortie 12. Le module de détermination de couple 11 détermine le deuxième couple maximum Cmax_red selon l'équation (6) suivante : 25 Cmax_red = f(Pmax) (6) avec - f : fonction affine (ou droite) par morceaux ; - Cmax red : deuxième couple maximum, noté également couple maximum déterminé, en N-m. Cette fonction affine f permet d'associer un vecteur de n valeurs d'une variable d'entrée à un vecteur de n valeurs d'une variable de sortie. A chaque élément du vecteur d'entrée correspond l'élément de même position du vecteur de sortie. Les points intermédiaires de la fonction f sont obtenus par interpolation. Sur la figure 4, on a représenté, à titre d'exemple, une courbe Fa d'une fonction g affine par morceaux. Soit le vecteur d'entrée xl = (a,b,c,d) avec a Pmax = (al,a2,a3,a4,a5) Cmax_red = (bl,b2,b2,b3,b3) Où les valeurs al,a2,a3,a4,a5 de Pmax sont telles que al Le module de sortie 12 élabore la limite de couple Climite selon l'équation (7) suivante : Climite = Min(Cmaxcal ; Cmax_red) (7) Le deuxième couple maximum CmaxRed permet d'ajouter une limitation au couple du moteur en plus de celle établie à partir du premier couple maximum Cmax_cal. Le premier couple maximum Cmaxcal calculé permet de protéger la batterie 2 de l'échauffement dû principalement aux pertes magnétiques, aussi appelées pertes par hystérésis. Le deuxième couple maximum CmaxRed permet, quant à lui, de protéger la batterie 2 de l'échauffement dû principalement aux pertes par effet Joule. L'utilisation des premier et deuxième couples maximum Cmaxcal, CmaxRed permet de protéger efficacement l'organe électrique d'une surchauffe. Sur la figure 2 on a représenté graphiquement des variations de la puissance mécanique maximum Pmax en fonction de la température T dans le cas où Pmax nom=45000 Watts et Tseuil=60°C. On a représenté sur la figure 2, deux courbes qui représentent des variations de la puissance mécanique maximum Pmax pour deux valeurs respectives G1, G2 du gain variable G. La courbe A représente les variations de la puissance mécanique maximum Pmax pour une première valeur G1 du gain variable avec G1=5000 W/°C. La courbe B représente les variations de la puissance mécanique maximum Pmax pour une deuxième valeur G2 du gain variable avec G2=10000 W/°C. Le gain variable G permet donc de régler directement la rapidité de la limitation du couple en fonction de l'échauffement de la batterie 2. Sur la figure 3 on a représenté graphiquement des variations du premier couple maximum Cmax_cal en fonction de la vitesse de rotation du moteur N. Les trois courbes C(T1), D(T2), E(T3) sont appelées des courbes d'iso-puissance car elles sont établies pour des valeurs constantes de la puissance mécanique maximum Pmax. Les courbes C(T1), D(T2), E(T3) représentent les variations du premier couple maximum Cmax cal pour trois températures de l'organe à protéger Tl, T2, T3 différentes, avec Tl Selon encore un autre mode de réalisation, on peut utiliser un capteur de température pour chaque organe électrique à protéger et élaborer une température limite T correspondant, par exemple à la valeur maximum ou à la moyenne des températures mesurées. Ainsi, on peut protéger efficacement un organe électrique en particulier, ou plusieurs organes électriques, d'un véhicule automobile. Grâce à la présente invention, il est possible de contrôler la température d'au moins un organe électrique à l'aide de moyens paramétrables qui offrent une grande liberté de réglage pour adapter la consommation en courant électriques des différents organes électriques en fonction des besoins, et en particulier pour améliorer le confort de conduite du conducteur. REVENDICATIONS1. Procédé de protection thermique d'au moins un organe électrique (2,3,4) d'un véhicule automobile équipé d'un moteur électrique (3), dans lequel on mesure une température limite (T) dudit organe électrique et une vitesse de rotation (N) du moteur électrique (3) et on limite le couple du moteur électrique (3), caractérisé en ce qu'on détermine une puissance mécanique maximum en fonction de la température limite (T) et on limite le couple du moteur électrique (3) en fonction de la vitesse de rotation (N) du moteur électrique (3) et de ladite puissance mécanique maximum déterminée. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on élabore une puissance de réduction qui est non nulle lorsque la valeur de la mesure de la température limite (T) est supérieure à un seuil de température (Tseuil), et nulle sinon, et on détermine la puissance mécanique maximum en fonction d'une somme entre une variable paramétrable (Pmax_nom) représentant une puissance mécanique maximale nominale et ladite puissance de réduction élaborée. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ladite puissance de réduction est égale à un gain paramétrable (G) que multiplie une différence entre ledit seuil de température (Tseuil) et la valeur de la mesure de la température limite (T). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel on calcule un premier couple maximum en fonction du rapport entre la puissance mécanique maximum et la vitesse de rotation (N) du moteur électrique (3), on détermine un deuxième couple maximum à partir d'une fonction affine par morceaux de la puissance mécanique maximum, et on limite le couple du moteur électrique (3) en fonction du minimum entre les premier et deuxième couples maximum. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel on limite le couple de traction du moteur électrique (3) lorsque celui-ci fonctionne en mode de traction pour propulser le véhicule automobile. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel on limite le couple de récupération d'énergie du moteur électrique (3)lorsque celui-ci fonctionne en mode de récupération d'énergie pour fournir de l'énergie électrique au véhicule automobile. 7. Dispositif de protection thermique d'au moins un organe électrique (2,3,4) d'un véhicule automobile équipé d'un moteur électrique (3), comprenant des moyens (5,6) pour mesurer une température limite dudit organe électrique (2) et une vitesse de rotation du moteur électrique (3) et un moyen de limitation de couple (7) apte à élaborer une limite de couple pour le moteur électrique (3), caractérisé en ce que le moyen de limitation de couple (7) comprend un moyen de détermination de puissance (9) pour déterminer une puissance mécanique maximum en fonction de la température limite, ladite limite de couple étant élaborée en fonction de la vitesse de rotation du moteur électrique (3) et de ladite puissance mécanique maximum déterminée. 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le moyen de limitation de couple (7) est configuré pour calculer un premier couple maximum en fonction du rapport entre la puissance mécanique maximum et la vitesse de rotation du moteur électrique (3), pour déterminer un deuxième couple maximum à partir d'une fonction affine par morceaux de la puissance mécanique maximum, et pour élaborer la limite de couple en fonction du minimum entre les premier et deuxième couples maximum. 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, dans lequel les moyens de mesure (5) de la température limite comprennent des capteurs de température pour mesurer respectivement les températures des organes électriques (2,3,4) du véhicule automobile et un moyen de comparaison configuré pour déterminer la température limite qui est égale à la valeur maximum des températures des organes électriques (2,3,4) mesurées. 10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, le moyen de limitation de couple (7) comprend une boucle de régulation (BR) de la température limite qui est configurée pour commander la valeur du couple du moteur électrique (3) à partir de la limite de couple et enfonction d'une différence entre un seuil de température et ladite température limite.