Brevet FR3007699A1 — publié le 20150102

Procédé de commande d'un groupe motopropulseur électrique optimisant la phase d'utilisation à faible vitesse La présente invention concerne le domaine des véhicules électriques ou hybrides. Elle concerne plus particulièrement un procédé de contrôle d'un groupe motopropulseur électrique d'un tel véhicule, du type comprenant un moteur électrique apte à transmettre un couple moteur à des roues dudit véhicule suivant une consigne de couple moteur fournie à un circuit électronique de puissance gérant l'alimentation électrique dudit moteur électrique, le procédé étant du type dans lequel on surveille la température dudit circuit électronique de puissance et on impose une diminution de la consigne de couple moteur en cas de dépassement des limites thermiques dudit circuit électronique de puissance. On a représenté à la figure 1, un agencement d'un groupe motopropulseur dans le contexte des véhicules automobiles électriques ou hybrides. Le groupe motopropulseur 10 est un groupe motopropulseur électrique qui comporte un moteur électrique 11, qui est lié en rotation à une transmission 12 pour transmettre le couple du moteur électrique aux roues 13 du véhicule. La transmission 12 peut par exemple être constituée d'un dispositif de réduction quelconque. Le moteur électrique 11 est alimentée par une batterie haute tension 14 par l'intermédiaire d'un circuit électronique de puissance 15 jouant essentiellement le rôle d'un onduleur par exemple, propre à convertir la tension continue de la batterie en une tension polyphasée de sortie délivrée au moteur 11. L'onduleur comporte, pour chaque phase en sortie, au moins deux interrupteurs commandables et destinés à convertir une tension continue en une tension alternative. Chaque interrupteur de l'onduleur est, par exemple, un transistor bipolaire à grille isolée, également appelé transistor IGBT (de l'anglais Insulated Gate Bipolar Transistor). De manière connue, le circuit électronique de puissance 15 est commandé par un module électronique de commande 16, conçu pour assurer le contrôle moteur. Plus particulièrement, le contrôle moteur électrique permet d'interpréter la volonté du conducteur, se traduisant classiquement par la position d'un organe de commande d'accélérateur et/ou de frein, notamment une pédale, en consignes de couple positives ou négatives. Cette consigne de couple moteur est ensuite fournie par le module électronique de commande au circuit électronique de puissance, qui assure l'élaboration des grandeurs de consigne électrique (tension et courant) correspondantes. Le moteur électrique assure alors la conversion de la puissance électrique en puissance mécanique et enfin, le couple moteur est transmis aux roues du véhicule par l'intermédiaire de la transmission. Le groupe motopropulseur électrique peut être utilisé sur une plage de fonctionnement (régime, couple) relativement étendue. Cependant, dans certains cas d'utilisation, les limitations thermiques de la machine électrique ou du circuit électronique de puissance peuvent venir restreindre cette plage de fonctionnement, en particulier à faible vitesse en ce qui concerne le circuit électronique de puissance. Notamment, lorsque l'utilisateur monte une pente allant jusqu'à 30%, (d'où le terme « se maintenir dans la rampe » dans le reste de la présente description), la vitesse du véhicule est faible, mais le couple demandé au moteur électrique est important. Comme la machine électrique tourne à faible vitesse et que la demande de couple est importante, l'intensité du courant circulant dans la machine électrique et donc dans le circuit électronique de puissance est importante. Dans ces conditions, les transistors IGBT utilisés comme interrupteurs électroniques dans le montage de l'onduleur, ainsi que les diodes de l'onduleur, peuvent connaître un échauffement important. Un tel échauffement conduit alors à diminuer très fortement la demande de couple au moteur afin d'éviter la dégradation des composants du circuit électronique de puissance (passage en mode « derating » selon une terminologie anglo- saxonne). Le passage en mode « derating » est donc basée sur une surveillance thermique du circuit électronique de puissance gérant l'alimentation du moteur électrique. Cette surveillance est effectuée de manière générale, soit au moyen d'un unique capteur implémenté en position médiane sur la carte du circuit électronique de puissance de façon à surveiller l'évolution thermique globale de ce dernier, soit au moyen de plusieurs capteurs implémentés respectivement au niveau de chacun des composants de l'onduleur afin d'assurer une surveillance fine dans les cas où la température entre les composants n'est pas homogène, ce qui est le cas notamment à faible vitesse où les phases de l'onduleur ne sont pas sollicitées de la même façon. Comme expliqué précédemment, en cas de dépassement des limites maximales de température acceptables pour le circuit électronique de puissance, il est usuel de diminuer rapidement (typiquement, en quelques millisecondes) le couple disponible et de rester à une valeur de couple minimale prédéfinie le temps nécessaire pour restaurer les valeurs nominales de température pour l'électronique de puissance. L'inconvénient de cette solution est que lorsqu'on passe en mode « derating », la diminution de couple est brutale et le conducteur ne peut plus se maintenir dans la rampe (il doit appuyer sur la pédale de frein) et doit attendre un certains temps correspondant au temps nécessaire pour le refroidissement de l'électronique de puissance avant de pouvoir ré-accélérer (« décoller »). On connaît également du document US 2004/0178754, une stratégie de commande du convertisseur assurant la fonction d'ondulation, dans laquelle on ne réduit pas la consigne de couple lorsque l'estimation de température des interrupteurs est supérieure à la limite maximale de température de jonction. Cette stratégie de commande est basée sur un mode de pilotage spécifique des bras de l'onduleur, consistant à changer le bras de l'onduleur dans lequel le courant passe afin de diminuer la sollicitation thermique de l'interrupteur concerné. Ce mode de pilotage de l'onduleur implique toutefois une légère rotation de la machine électrique de +/- 60° électrique, ce qui fait que la machine tourne un peu plus que nécessaire, entraînant quelques torsions au niveau de la liaison au sol se traduisant par des vibrations, au détriment de l'agrément de conduite pour le conducteur. Dans ce contexte, un but de l'invention est de proposer un procédé de commande d'un groupe motopropulseur électrique palliant les inconvénients précédemment évoqués en conditions d'utilisation où la sollicitation thermique de l'électronique de puissance est critique. En particulier, un but de l'invention est de proposer un procédé de commande d'un groupe motopropulseur électrique permettant d'optimiser sa phase d'utilisation à basse vitesse associée notamment à une demande de couple importante, et d'augmenter ainsi sa disponibilité pour le conducteur. A cette fin, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - détermination de premiers seuils de couple et de régime moteur aptes à délimiter une plage de fonctionnement dudit moteur respectivement à fort couple et faible régime dans laquelle ledit circuit électronique de puissance subit un échauffement important susceptible de provoquer un dépassement desdites limites thermiques ; - détection d'une entrée dans ladite plage de fonctionnement prédéterminée ; - mémorisation de la valeur de couple moteur lors de l'entrée dans ladite plage de fonctionnement prédéterminée ; - activation d'une diminution progressive de ladite consigne de couple de manière linéaire, suite à la détection qu'une estimation de la température dudit circuit électronique de puissance se rapproche desdites limites thermiques. Les étapes du procédé selon l'invention permettent ainsi de mieux gérer l'utilisation du groupe motopropulseur électrique dans les phases de roulage à faible vitesse (puisqu'on est à faible régime) où la demande de couple est forte (i.e. forte pente), en permettant de mettre en place une stratégie préventive de limitation de la consigne de couple avant d'atteindre les limitations thermiques de l'électronique de puissance, dans laquelle la diminution de la consigne de couple est réalisée de façon progressive, au contraire de l'art antérieur où cette diminution dans le cadre des stratégies de « derating » connues est brutale, empêchant de se maintenir dans la rampe. Cette caractéristique de l'invention permet d'inciter le conducteur à ne pas rester dans la plage de fonctionnement prédéterminée potentiellement dangereuse pour l'intégrité de l'électronique de puissance et de garantir au minimum une prestation de ré-accélération rapide du véhicule dans la rampe après l'activation de la stratégie préventive de la diminution progressive de couple, sans toutefois dépasser les limites thermiques de l'électronique de puissance. Selon d'autres caractéristiques avantageuses du procédé conforme à l'invention, prises isolément ou en combinaison : - une étape de détection de la position d'un organe de commande d'accélérateur et/ou de frein suite à l'activation de ladite diminution progressive de ladite consigne de couple, peut être mise en oeuvre, conditionnant un retour dans un mode de fonctionnement hors de ladite plage de fonctionnement prédéterminée avant d'atteindre lesdites limites thermiques ; - la condition de retour peut être validée lorsqu'un couple supérieur à ladite valeur mémorisée est détecté ; - la condition de retour peut être validée lorsque le régime moteur détecté est supérieur à un second seuil de régime moteur, supérieur audit premier seuil de régime moteur ; - la condition de retour peut être validée lorsque le couple moteur détecté est inférieur à un second seuil de couple moteur, inférieur audit premier seuil ; - ladite diminution progressive de ladite consigne de couple peut être activée dès que l'estimation de la température dudit circuit électronique de puissance devient supérieure à un premier seuil de température égal à un second seuil de température maximal correspondant aux dites limites thermiques dudit circuit électronique de puissance, diminué d'une valeur de marge prédéfinie, propre à permettre un fonctionnement dudit moteur dans ladite plage de fonctionnement prédéterminée avant d'atteindre lesdites limites thermiques ; - lorsque ladite diminution progressive de ladite consigne de couple est activée, l'estimation de la température dudit circuit électronique de puissance peut être surveillée par rapport audit second seuil de température maximal pendant un intervalle de temps donné ; - l'estimation de la température dudit circuit électronique de puissance peut être fournie au moyen d'une temporisation programmée selon une première valeur représentative dudit premier seuil de température et selon une seconde valeur représentative dudit second seuil de température maximal ; - on peut fournir un modèle de température de jonction de composants IGBT dudit circuit électronique de puissance, sur lequel est basée l'estimation de la température dudit circuit électronique de puissance ; - on peut fournir des capteurs propres à mesurer la température de composants IGBT dudit circuit électronique de puissance. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 est une représentation schématique des éléments d'un véhicule électrique ou hybride dans lesquels est mise en oeuvre l'invention et a déjà été décrite ; - la Figure 2 est un schéma illustrant la définition de la plage de fonctionnement couple-régime du moteur dans laquelle on active la stratégie préventive de limitation progressive de la consigne de couple conformément à l'invention; - la Figure 3 illustre un logigramme décrivant le fonctionnement du procédé de commande de l'invention selon un premier mode de réalisation ; - la Figure 4 illustre un logigramme décrivant le fonctionnement du procédé de commande de l'invention selon un second mode de réalisation. Comme nous allons le voir dans la suite de la description, l'activation de la stratégie de commande conforme à l'invention est réalisée sur la base d'un critère de détection d'entrée dans une plage de fonctionnement à fort couple et faible régime du moteur électrique, où le circuit électronique de puissance gérant l'alimentation du moteur subit un échauffement important susceptible de l'endommager. En référence à la figure 2, cette plage de fonctionnement Z est définie par un premier seuil de couple moteur programmable Cl et un premier seuil de régime moteur N1, lesquels seuils de couple et de régime définissant ainsi les limites de la plage de fonctionnement à fort couple et faible régime. On fixe également un second seuil de couple moteur C2 égal au premier seuil de couple moteur Cl diminuée d'une certaine valeur de couple et un second seuil de régime moteur N2 égal au premier seuil de régime moteur N1 augmenté d'une certaine valeur de régime, pour définir des conditions pour la sortie de la plage de fonctionnement Z. La condition de la transition sur ces seconds seuils C2 et N2 crée alors un hystérésis sur la sortie de la plage de fonctionnement Z à fort couple et faible régime par rapport à l'entrée dans cette plage de fonctionnement. L'hystérésis ainsi généré permet d'éviter des activations-désactivations intempestives de la stratégie de limitation préventive de couple aux limites de la plage de fonctionnement à fort couple et faible régime. Selon un exemple de réalisation, les premier et second seuils de régime moteur sont déterminés tels que N1=20 tr/min et N2 = 40 tr/min et les premier et second seuils de couple moteur sont déterminés tels que Cl = 100 N.m et C2 = 80 N.m. Un module de décision est agencé, par exemple au moyen d'un microprocesseur et d'une mémoire numérique, pour exécuter le procédé décrit en référence à la figure 3. En référence à la figure 3, le procédé de commande comprend une étape initiale 100, dans laquelle le circuit électronique de puissance se trouve dans un état thermique nominal. A partir de l'étape 100, dans un cas d'utilisation où le véhicule monte une forte pente et où le conducteur tente de maintenir le véhicule dans la rampe, une détection de couple et de régime moteur valide une transition 101 dès que le couple moteur C est supérieur au premier seuil de couple Cl prédéfini et que le régime moteur est inférieur au premier seuil de régime N1 prédéfini, soient : ICI >Cl Dans ces conditions, une entrée dans la plage de fonctionnement Z est détectée. La mémorisation du couple moteur Cmem en entrée de la plage de fonctionnement Z est alors effectuée, correspondant à la valeur de couple nécessaire au maintient dans la rampe. 20 A la suite de la transition 101, une estimation de la température du circuit électronique de puissance et, en particulier, une estimation de la température de jonction des composants IGBT T_IGBT, supérieure à un premier seuil de température T_IGBT_max_marge, valide une transition 102. Pour ce faire, on fournit par exemple au module de décision un modèle de température de 25 jonction des composants IGBT du circuit électronique de puissance. En variante, on peut utiliser des capteurs propres à mesurer la température des composants IGBT pour réaliser l'estimation de température. En effet, lorsque l'entrée dans la plage de fonctionnement Z est détectée, l'estimation de la température de jonction des composants IGBT augmente 30 rapidement. Conformément à l'invention, le premier seuil de température, qui est surveillé lorsque l'entrée dans la plage de fonctionnement Z est détectée, est égal à un seuil de température procurant une certaine marge par rapport à N1 Plus précisément, on peut distinguer trois comportements distincts de la part du conducteur à l'étape 103 lors de l'apparition de la diminution progressive de la consigne de couple, suite à laquelle, le couple diminuant, le véhicule ne peut plus se maintenir dans la rampe. Ainsi, selon un premier cas de figure, le conducteur lève le pied de la pédale d'accélérateur et appuie sur la pédale de frein, ce qui permet aux composants IGBT de refroidir. Selon un deuxième cas de figure, le conducteur enfonce davantage la pédale d'accélérateur pour tenter de décoller, ce qui permet au couple d'être supérieur à la valeur de couple mémorisée Cmem en entrée de la plage de fonctionnement Z, correspondant au couple nécessaire au maintien du véhicule dans la rampe, la valeur du couple nécessaire au redécollage étant calculée en ajoutant un écart programmable c à la dite valeur de couple mémorisée Cmem, propre à permettre le décollage du véhicule. Dans ce cas de figure, la vitesse atteinte permet normalement de sortir de la plage de fonctionnement Z, étant donné qu'à régime plus important, les composants IGBT s'échauffent moins pour un même couple. Enfin, selon un troisième cas de figure, le conducteur laisse le véhicule reculer dans la rampe à iso-position de la pédale d'accélérateur jusqu'à permettre de sortir de la plage de fonctionnement via le seuil de régime. A la suite de chacun de ces trois cas de figure, une détection de sortie de la plage de fonctionnement Z valide une transition 104 dès que le régime moteur est supérieur au second seuil de régime N2 prédéfini, ou que le couple moteur C est inférieur au second seuil de couple C2 prédéfini ou que le couple moteur est supérieur à la valeur de couple mémorisée en entrée de la plage de fonctionnement Z, selon le comportement adopté par le conducteur, ces conditions de sortie de la plage de fonctionnement Z se traduisant donc par : IN > N2,ou CI Cmem+ s Une validation de la transition 104 active alors un retour à l'étape initiale 100, où le système repasse à l'état nominal, c'est-à-dire sans « derating » progressif. Après un certains temps, typiquement quelques secondes, par exemple 3 secondes, correspondant au temps nécessaire au retour des composants IGBT dans leur état thermique nominal, la valeur de seuil par rapport à laquelle est surveillée l'estimation de température du circuit électronique de puissance est réinitialisée à la première valeur de seuil avec marge soit T_IGBT_max_marge. La figure 4 illustre une variante où l'estimation de la température du circuit électronique de puissance est fournie au moyen d'une temporisation adéquate, qui remplace l'utilisation du modèle de température de jonction des composants IGBT, par exemple si ce dernier n'est pas disponible. Aussi, selon cette variante, on définit une première valeur de temporisation x1 avec marge, par exemple égale à environ 2 secondes, et une seconde valeur de temporisation maximale x2 sans marge, par exemple égale à 3 secondes, représentatives respectivement des premier et second seuils de température du circuit électronique de puissance définis précédemment en référence à la figure 3. Ainsi, lorsque le conducteur tente de se maintenir dans la rampe, à la suite de la validation de la transition 101 correspondant à la détection de l'entrée dans la plage de fonctionnement Z, une temporisation est déclenchée. Dès que la première valeur de temporisation avec marge est dépassée, une transition 102' est validée et la validation des transitions 101 et 102' active l'étape 103 mettant en oeuvre le « derating » progressif de la même manière qu'expliqué précédemment en référence à la figure 3. Ainsi, la première valeur de temporisation avec marge est programmée pour permettre, une fois atteinte, de fonctionner encore quelques secondes dans la plage de fonctionnement Z, en particulier à vitesse nulle et fort couple, avant d'atteindre les limites thermiques du circuit électronique de puissance. Préférentiellement, cette valeur de temporisation avec marge pourra être déterminée en fonction de paramètres externes, tels que la température extérieure, par exemple. Puis, lorsque l'on passe à l'étape 103, on surveille la seconde valeur de temporisation maximale, représentative des limites thermiques du circuit électronique de puissance et permettant de rester dans la plage de fonctionnement Z, fournissant ainsi un intervalle de temps qui doit permettre de ne pas dépasser les limites thermiques, mais toutefois de pouvoir redécoller, comme expliqué précédemment en référence à la figure 3. Une fois la transition 104 validée suite à la détection de la sortie de la plage de fonctionnement Z, la temporisation est réinitialisée à zéro au bout d'un REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un groupe motopropulseur électrique (10) d'un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant un moteur électrique (11) apte à transmettre un couple moteur à des roues (13) dudit véhicule suivant une consigne de couple moteur fournie à un circuit électronique de puissance (15) gérant l'alimentation électrique dudit moteur électrique (11), dans lequel on surveille la température dudit circuit électronique de puissance (15) et on impose une diminution de la consigne de couple moteur en cas de dépassement des limites thermiques dudit circuit électronique de puissance (15), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - détermination de premiers seuils de couple (C1) et de régime moteur (N1) aptes à délimiter une plage de fonctionnement (Z) dudit moteur respectivement à fort couple et faible régime dans laquelle ledit circuit électronique de puissance (15) subit un échauffement important susceptible de provoquer un dépassement desdites limites thermiques ; - détection (101) d'une entrée dans ladite plage de fonctionnement prédéterminée (Z) ; - mémorisation de la valeur de couple moteur (Cmem) lors de l'entrée dans ladite plage de fonctionnement prédéterminée (Z) ; - activation (103) d'une diminution progressive de ladite consigne de couple de manière linéaire, suite à la détection (102, 102') qu'une estimation de la température dudit circuit électronique de puissance se rapproche desdites limites thermiques. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détection (104) de la position d'un organe de commande d'accélérateur et/ou de frein suite à l'activation de ladite diminution progressive de ladite consigne de couple, conditionnant un retour dans un mode de fonctionnement hors de ladite plage de fonctionnement prédéterminée (Z) avant d'atteindre lesdites limites thermiques. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la condition de retour est validée lorsqu'un couple supérieur à ladite valeur mémorisée (Cmem) est détecté. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la condition de retour est validée lorsque le régime moteur (N) détecté est supérieur à un second seuil de régime moteur (N2), supérieur audit premier seuil de régime moteur (N1). 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la condition de retour est validée lorsque le couple moteur (C) détecté est inférieur à un second seuil de couple moteur (C2), inférieur audit premier seuil (C1). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite diminution progressive de ladite consigne de couple est activée dès que l'estimation de la température dudit circuit électronique de puissance devient supérieure à un premier seuil de température (T_IGBT_max_marge) égal à un second seuil de température maximal (T_IGBT_max_absolue) correspondant aux dites limites thermiques dudit circuit électronique de puissance, diminué d'une valeur de marge prédéfinie, propre à permettre un fonctionnement dudit moteur dans ladite plage de fonctionnement prédéterminée avant d'atteindre lesdites limites thermiques. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que lorsque ladite diminution progressive de ladite consigne de couple est activée, l'estimation de la température dudit circuit électronique de puissance est surveillée par rapport audit second seuil de température maximal pendant un intervalle de temps donné. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que l'estimation de la température dudit circuit électronique de puissance est fournie au moyen d'une temporisation programmée selon une première valeur représentative dudit premier seuil de température et selon une seconde valeur représentative dudit second seuil de température maximal. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de fourniture d'un modèle de température de jonction de composants IGBT dudit circuit électronique de puissance, sur lequel est basée l'estimation de la température dudit circuit électronique de puissance. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de fourniture de capteurs propres àmesurer la température de composants IGBT dudit circuit électronique de puissance.5