Brevet FR2982674A1 — publié le 20130517

B11-3110FR 1 Procédé et système de mesure de courant électrique L'invention concerne le domaine technique des capteurs de courant électrique et en particulier celui des capteurs de courant utilisant l'effet Hall. L'invention s'applique notamment à la mesure du courant d'une batterie électrique, par exemple équipant les véhicules automobiles. Il est connu de l'état de la technique, l'utilisation de capteurs de courant à effet Hall pour mesurer le courant électrique. Ces capteurs sont soumis à plusieurs types d'erreurs de mesure à savoir des erreurs de décalage, des erreurs de gain et de linéarité et des erreurs dues à une hystérésis magnétique. Il est connu de la demande de brevet EP 0877232, une méthode de compensation des erreurs de décalage par simple comparaison des mesures du capteur à effet Hall avec la mesure du courant réalisée pour une valeur de courant connue. Il est connu de l'état de la technique une compensation des erreurs de gain et de linéarité par calibrage ou cartographie. Une méthode de compensation des erreurs dues à l'hystérésis magnétique des capteurs est également connue. Cela étant, cette méthode nécessite une boucle active de courant. Les capteurs utilisant cette méthode, dits capteurs à boucle fermée ont alors une consommation plus élevée et un coût supérieur aux capteurs à boucle ouverte. Par ailleurs, il est connu de la demande de brevet EP 0779971, une méthode de compensation d'hystérésis qui prévoit la suppression des sauts de valeur lors d'un chargement dynamique d'un capteur d'effort. Et il est connu de la demande de brevet US2007038401, une méthode de compensation d'hystérésis qui prévoit une compensation de champs magnétiques externes au capteur et mesurables. Cela étant, ces deux demandes de brevet ne concernent pas l'hystérésis magnétique. Il existe donc un besoin pour améliorer la méthode actuelle de compensation des erreurs dues à l'hystérésis magnétique dans les capteurs de courant à effet Hall. Il est proposé, selon l'invention, un système de mesure de courant précis qui n'augmente pas la consommation du capteur ni son coût par rapport à un capteur à effet Hall conventionnel. Il est également proposé, selon l'invention, un système de mesure permettant une compensation précise de l'hystérésis magnétique avec une quantité de calcul raisonnable. Il est proposé, selon l'invention, un procédé de compensation simple qui permet un traitement en temps réel des mesures de courant facile à mettre en place. L'invention a ainsi pour objet un système de mesure de courant électrique fourni par une batterie électrique, notamment une batterie équipant un véhicule automobile, comprenant : - un capteur de courant à effet Hall; - un dispositif de compensation des erreurs de mesure du capteur comprenant des moyens d'application sur le courant mesuré d'une opération approchant l'inverse d'un opérateur caractérisant l'hystérésis magnétique du capteur. Il est ainsi possible de compenser l'hystérésis d'un capteur à effet Hall en boucle ouverte. Cela permet de conserver une consommation et un coût similaire à celui d'un capteur à effet Hall conventionnel avec moins d'erreurs de mesure due à l'hystérésis. Selon une caractéristique, le système de compensation des erreurs comprend en outre un soustracteur pour déduire l'erreur de décalage du capteur de courant à effet Hall du courant mesuré suivi d'un multiplicateur pour compenser l'erreur de gain du capteur de courant à effet Hall. Il est ainsi possible de combiner la compensation de l'hystérésis avec une compensation des erreurs de décalage et de gain. Selon un mode de réalisation, l'opérateur est un opérateur Play et les moyens d'application sur le courant mesuré d'une opération comprennent : - un moyen d'application d'un retard; - un soustracteur pour déterminer la différence entre l'intensité mesurée retardée et l'intensité mesurée; - des moyens d'extraction d'un signe positif ou négatif de la différence entre l'intensité mesurée retardée et l'intensité mesurée; - des moyens d'affectation du signe extrait à une constante dépendant de la largeur du cycle d'hystérésis; - un soustracteur pour soustraire de l'intensité mesurée la constante sur laquelle est affecté le signe. Ainsi, l'opération pour approcher l'inverse de l'opérateur Play est très simple. C'est particulièrement intéressant puisque cela permet une correction en temps réel de l'intensité mesurée. Ainsi, par exemple dans le cas d'une application à une mesure d'autonomie, on peut prendre en compte l'intensité corrigée pour un affichage en continu de l'autonomie. L'invention a également pour objet un procédé de mesure d'un courant électrique fourni par une batterie électrique, notamment une batterie équipant un véhicule automobile, comprenant : - une étape de mesure du courant au moyen d'un capteur à effet Hall; - une étape de compensation des erreurs de mesure du capteur comprenant une application sur le courant mesuré d'une opération approchant l'inverse d'un opérateur caractérisant l'hystérésis magnétique du capteur. Selon une caractéristique, l'étape de compensation des erreurs comprend en outre une étape de corrections des erreurs de décalage et de gain du capteur à effet Hall. Selon une autre caractéristique, l'opérateur est un opérateur Play selon lequel le cycle d'hystérésis de l'intensité réelle exprimée en fonction de l'intensité mesurée comprend deux droites parallèle et le procédé comprend une étape préalable de caractérisation du capteur à effet Hall comprenant: - un calcul du signe de la dérivée de l'intensité mesurée; - une sélection d'une des deux droites parallèles en fonction du signe de la dérivée; et - une détermination de l'intensité réelle correspondant sur la droite sélectionnée à l'intensité mesurée. On peut ainsi réaliser la caractérisation du capteur à effet Hall de manière simple. Selon un mode de mise en oeuvre, l'opérateur est un opérateur Play et ladite opération comprend : - l'application d'un retard à l'intensité mesurée; - une détermination de la différence entre l'intensité mesurée retardée et l'intensité mesurée; - une extraction d'un signe positif ou négatif de la différence entre l'intensité mesurée retardée et l'intensité mesurée; - une affectation du signe extrait à une constante dépendant de la largeur du cycle d'hystérésis; et - une soustraction à l'intensité mesurée de la constante sur laquelle est affecté le signe. Selon un autre aspect, il est proposé d'utiliser le système défini ci dessus pour déterminer une estimation de l'autonomie d'un véhicule à propulsion électrique équipé d'une batterie électrique. On peut ainsi améliorer la précision de l'estimation de l'autonomie d'un tel véhicule. Pour déterminer une telle estimation, le système est relié par exemple à des intégrateurs. Cette utilisation est avantageuse car dans le cas particulier d'un véhicule à propulsion électrique, le profil de courant n'est pas symétrique (le courant va principalement de la batterie vers le moteur électrique) et les erreurs dues à l'hystérésis magnétique sont particulièrement préjudiciables pour, par exemple, la mesure de l'autonomie. Ce n'est pas forcement le cas pour les véhicules hybrides ou à propulsion thermique, dans lequel le profil de courant est symétrique (en cours de roulage le courant entre et sort de la batterie) ce qui permet la compensation des erreurs dues à l'hystérésis magnétique pour la mesure de l'autonomie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre et de réalisation, nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement un système de mesure de courant électrique utilisant un capteur de courant à effet Hall et muni d'un dispositif de compensation; - la figure 2 illustre schématiquement le principe de fonctionnement d'un opérateur Play; - la figure 3 illustre un moyen de transformation selon un mode de réalisation de l'invention; et - la figure 4 illustre un moyen de transformation selon un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 1 illustre un capteur à effet Hall 1 représenté par un anneau traversé par l'intensité réelle IREEL. Ce capteur est branché en sortie d'une batterie et mesure à partir de l'intensité réelle IREEL une intensité mesurée IMES. La mesure IMES présente des erreurs de mesure à savoir des erreurs de décalage et de gain et des erreurs dues à l'hystérésis magnétique du capteur à effet Hall. Les erreurs de linéarité sont en général déjà compensées par le capteur à effet Hall fourni dans le commerce. Le système est muni d'un dispositif de compensation des erreurs de mesure 2 branché en sortie du capteur à effet Hall qui compense les erreurs de mesure. En sortie du dispositif 2 l'intensité corrigée ICORR présente alors moins d'erreurs de mesure que l'intensité IMES. Le capteur 1 peut être schématisé par un bloc 3 suivi d'un bloc 4 représentants l'ajout des erreurs de mesure du capteur 1. Le bloc 3 correspond aux erreurs de décalage et de gain. Le bloc 4 correspond aux erreurs dues à l'hystérésis magnétique. Le dispositif de compensation des erreurs de mesure 2 peut être schématisé par un bloc 5 suivi d'un bloc 6 représentants la compensation des erreurs de mesure du capteur 1. Le bloc 5 correspond aux corrections des erreurs de décalage et de gain, le bloc 6 correspond aux corrections des erreurs dues à l'hystérésis magnétique. A titre d'exemple de réalisation, le bloc 5 va ajouter à chaque mesure IMES une première constante K1 et va multiplier le résultat par une deuxième constante K2. La constante K1 est déterminée, par exemple, en faisant la moyenne de plusieurs valeurs de courant mesurée IMES pour une intensité réelle IREEL cont contrôlée ayant une valeur nulle. La constante K1 correspond donc à l'erreur de décalage du capteur de courant à effet Hall. La constante K2 est déterminée par exemple en faisant la moyenne du ratio entre les valeurs d'intensité réelles contrôlées IREEL cont et plusieurs valeurs mesurées IMES correspondantes. La constante K2 correspond donc à l'inverse de l'erreur de gain du capteur. Le bloc 6 comprend des moyens d'application sur le courant mesuré d'une opération approchant l'inverse d'un opérateur caractérisant l'hystérésis magnétique du capteur 1. En d'autres termes, après une caractérisation préalable de l'hystérésis par un opérateur, par exemple un opérateur Play ou un opérateur de Preisach, le bloc 6 va appliquer à l'intensité en sortie du bloc 5 une opération approchant l'inverse de cet opérateur. Dans le cas d'un opérateur de Preisach, son inversion approchée est décrite dans le document « Approximate Inversion of the Preisach Hysteresis Operator With Application to Control of Smart Actuators » IEEE TRANSACTIONS ON AUTOMATIC CONTROL, VOL. 50, NO. 6, JUNE 2005. En tout état de cause, l'inversion de l'opérateur Preisach consomme de nombreuses ressources puisqu'elle nécessite une variable pour chaque pas d'échantillonnage. C'est-à-dire par exemple dans le cas d'une amplitude de courant de +/-6 A avec une résolution de 0,5 mA, pas moins de 1200 variables. En plus du nombre élevé de variables en jeux l'inversion est effectuée par un calcul itératif à chaque pas d'échantillonnage. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, on choisit pour caractériser l'hystérésis magnétique du capteur à effet Hall un opérateur Play, tel que celui illustré dans la figure 2 qui est très simple à inverser. L'axe des abscisses représente le courant réel IREEL, l'axe des ordonnées représente le courant mesuré IMES. Selon que le courant réel IREEL augmente ou diminue la valeur du courant mesurée est représentée respectivement par la droite montante Dl ou la droite descendante D2. La pente de chacune des droites Dl ou D2 est 1. Dans le cas d'une hystérésis représentée par l'opérateur Play, trois valeurs permettant de caractériser les erreurs de mesure du capteur à effet Hall, sont déterminées à savoir : -la valeur K1 correspondant à l'erreur de décalage; -la valeur K2 correspondant à l'inverse de l'erreur de gain du capteur; et -la valeur K3 correspondant à largeur du cycle d'hystérésis. Ces valeurs sont déterminées par une caractérisation et/ou un calibrage préalable du capteur à effet Hall 1. Un exemple de caractérisation d'un capteur à effet dans le cas d'un opérateur Play tel qu'illustré sur la figure 2 comprend : - un calcul du signe de la dérivée de l'intensité mesurée IMES; - une sélection d'une des deux droites parallèles Dl ou D2 en fonction du signe de la dérivée. Plus précisément on sélectionne la droite Dl si la dérivée est positive et la droite D2 si la dérivée est négative; et - une détermination de l'intensité réelle IREEL correspondant sur la droite sélectionnée à l'intensité mesurée. Au cours de cette caractérisation sur banc, on constate que la largeur du cycle d'hystérésis K3 est très petite par rapport à l'amplitude des mesures de -400 à 200 A. Cela valide l'approximation de l'hystérésis par deux droites parallèles de l'opérateur Play. La figure 3 représente un mode de réalisation particulier des blocs 5 et 6 du dispositif de compensation des erreurs de mesure du capteur 1. Le bloc 5 comprend un soustracteur Si pour déduire l'erreur de décalage du capteur de courant à effet Hall K1 du courant mesuré IMES suivi d'un multiplicateur M1 pour compenser l'erreur de gain du capteur de courant à effet Hall 1 en multipliant le résultat de la soustraction par l'inverse du gain du capteur, K2. Le bloc 6 comprend des moyens de détermination du signe de la dérivée comprenant un moyen d'application d'un retard RET et un soustracteur S2 pour déterminer la différence entre l'intensité retardée et l'intensité non retardée. Le bloc 6 comprend également des moyens d'extraction EXT du signe positif ou négatif de la dérivée et des moyens d'affectation, par exemple un multiplieur M2, pour affecter le signe extrait à la constante K3 correspondant à largeur du cycle d'hystérésis; Le bloc 6 comprend enfin un soustracteur S3 pour soustraire de l'intensité mesurée IMES la constante K3 sur laquelle est affecté le signe : +/-K3. Autrement dit, l'intensité corrigée vaut : ICORR = (IMES-K1).K2 -signe(IMES(t)-IMES(t-1)).K3 On réalise ainsi une inversion d'un opérateur caractérisant l'hystérésis de manière simple, il est alors possible de compenser l'hystérésis sur l'intensité mesurée IMES en temps réel c'est-à-dire que la compensation est réalisée sur chaque mesure de courant se succédant avant la prochaine mesure du capteur 1. La figure 4 illustre les étapes d'un procédé de mesure de l'intensité selon l'invention à l'aide du capteur à effet Hall 1. Dans une première étape 10, le courant IREEL est mesuré par le capteur 1. La mesure obtenue est IMES. Puis dans une étape 111, les erreurs de décalage et de gain dans le courant mesuré IMES par rapport au courant réel IREEL sont compensées. Cette étape est réalisée par le bloc 5. Enfin dans une étape 112, les erreurs dans le courant mesuré IMES dues à l'hystérésis magnétique sont compensées. Cette étape est réalisée par le bloc 6. A l'issu des deux étapes de compensation 111 et 112, le courant mesuré IMES est corrigé et a pour valeur ICORR. REVENDICATIONS1. Système de mesure de courant électrique comprenant : - un capteur de courant à effet Hall (1); - un dispositif (2) de compensation des erreurs de mesure du capteur comprenant des moyens d'application (6) sur le courant mesuré (IMES) d'une opération approchant l'inverse d'un opérateur caractérisant l'hystérésis magnétique du capteur. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel le système de compensation des erreurs comprend en outre un soustracteur (Si) pour déduire l'erreur de décalage du capteur de courant à effet Hall (K1) du courant mesuré (IMES) suivi d'un multiplicateur (M1) pour compenser l'erreur de gain du capteur de courant à effet Hall. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'opérateur est un opérateur Play et dans lequel les moyens d'application sur le courant mesuré d'une opération comprennent : - un moyen d'application d'un retard (RET); - un soustracteur (S2) pour déterminer la différence entre l'intensité mesurée retardée et l'intensité mesurée; - des moyens d'extraction (EXT) d'un signe positif ou négatif de la différence entre l'intensité mesurée retardée et l'intensité mesurée; - des moyens d'affectation (M2) du signe extrait à une constante (K3) dépendant de la largeur du cycle d'hystérésis; - un soustracteur (S3) pour soustraire de l'intensité mesurée la constante sur laquelle est affecté le signe. 4. Procédé de mesure d'un courant électrique comprenant : - une étape de mesure (10) du courant au moyen d'un capteur à effet Hall (1); - une étape de compensation (11) des erreurs de mesure du capteur (1) comprenant une application (112) sur le courant mesuré (IMES) d'une opération (6) approchant l'inverse d'un opérateur caractérisant l'hystérésis magnétique du capteur (1). 5. Procédé de mesure de courant selon la revendication 4, dans lequel l'étape de compensation des erreurs comprend en outre une étape (111) de corrections des erreurs de décalage et de gain du capteur à effet Hall (1). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, dans lequel l'opérateur est un opérateur Play selon lequel le cycle d'hystérésis de l'intensité réelle exprimée en fonction de l'intensité mesurée comprend deux droites parallèle (Dl, D2), ledit procédé comprenant une étape préalable de caractérisation du capteur à effet Hall comprenant: - un calcul du signe de la dérivée de l'intensité mesurée (EXT); - une sélection d'une des deux droites parallèles (Dl, D2) en fonction du signe de la dérivée; et - une détermination de l'intensité réelle (IREEL) correspondant sur la droite (Dl, D2) sélectionnée à l'intensité mesurée (IMES). 7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel l'opérateur est un opérateur Play et ladite opération (6) comprend : - l'application d'un retard à l'intensité mesurée (RET); - une détermination de la différence (S2) entre l'intensité mesurée retardée et l'intensité mesurée; - une extraction (EXT) d'un signe positif ou négatif de la différence entre l'intensité mesurée retardée et l'intensité mesurée; - une affectation (M2) du signe extrait à une constante dépendant de la largeur du cycle d'hystérésis; et - une soustraction (S3) à l'intensité mesurée de la constante sur laquelle est affecté le signe. 8. Utilisation d'un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, pour déterminer une estimation de l'autonomie d'un véhicule à propulsion électrique équipé d'une batterie électrique.