Brevet FR3019954A1 — publié le 20151016

REGULATEUR DE TENSION D'UN ALTERNATEUR DE VEHICULE AUTOMOBILE, INCORPORANT UNE FONCTION DE PROTECTION THERMIQUE DE L'ALTERNATEUR La présente invention concerne un régulateur de tension d'un alternateur de véhicule automobile, ainsi qu'un alternateur comprenant ce régulateur de tension. Dans le domaine de l'automobile, on cherche généralement à maintenir la tension fournie au réseau électrique de bord par l'alternateur du véhicule à une valeur de consigne prédéterminée, indépendamment de la vitesse de rotation du moteur ou de la consommation électrique des équipements, au moyen d'un dispositif de régulation dit « régulateur ». Les équipementiers de l'automobile ont développé des alternateurs très performants en mettant en oeuvre des régulateurs faisant appel à des techniques numériques. De nos jours, les constructeurs automobiles, confrontés à la nécessité de réduire les émissions de CO2, évoluent vers une réduction de la cylindrée des moteurs thermiques avec davantage de surcompression d'air à l'admission et une intégration plus ou moins poussée de moyens de traction électriques. En d'autres termes, on cherche à utiliser des moteurs thermiques plus petits mais qui soient capables de fournir de fortes puissances lorsque les situations de conduite le demandent. Une telle approche conduit au besoin d'une gestion thermique plus fine à laquelle doivent être associés des moyens de protection thermique supplémentaires. L'alternateur couplé au moteur thermique se voit donc soumis à des contraintes nouvelles, certains constructeurs automobiles intégrant dans leurs cahiers de charges la nécessité de fournir un débit de courant électrique jusqu'à des températures ambiantes (sous capot) supérieures à 120°C. Dans les régulateurs électroniques modernes équipés d'une liaison de communication selon le protocole de réseau local d'interconnexion LIN, il est aujourd'hui possible d'intégrer une fonctionnalité de protection thermique qui réduit la puissance disponible de l'alternateur à travers une limitation du courant d'excitation de celui-ci, qui est prioritaire sur la consigne de tension. Cette réduction de la puissance disponible protège l'alternateur lorsque la température atteint des valeurs critiques. Pour cela, l'unité de contrôle du moteur transmet au régulateur, à travers la liaison LIN, une consigne qui intègre la limitation du courant d'excitation. Cependant, cette limitation commandée par l'unité de contrôle du moteur ne peut être assurée que si la liaison LIN n'est pas rompue. Il existe donc un risque par - 2 - rapport à une perte possible de la liaison LIN. Par ailleurs, une compensation thermique implantée dans le régulateur existe sur la consigne de tension. Cependant cette compensation thermique, interne au régulateur, peut conduire à une coupure du débit de courant de l'alternateur dans le 5 cas où la tension de consigne devient inférieure à la tension de batterie. Selon un premier aspect, l'invention concerne un régulateur de tension d'un alternateur de véhicule automobile comprenant un circuit de contrôle et un circuit électronique de puissance délivrant un courant d'excitation à un bobinage 10 d'excitation de l'alternateur. Conformément à l'invention, circuit de contrôle comprend des moyens de protection thermique qui limitent le courant d'excitation à une valeur donnée par un gabarit de limitation en fonction d'une température mesurée. Selon une caractéristique particulière de l'invention, la température mesurée 15 est une température qui est mesurée dans le régulateur. De préférence, sur une puce électronique du régulateur. Selon une autre caractéristique particulière, la valeur de gabarit est égale à une première valeur fixe tant que la température mesurée reste inférieure à une première valeur de température prédéterminée et décroît ensuite en fonction de la 20 température mesurée. Selon encore une autre caractéristique particulière, la valeur de gabarit décroît selon l'égalité : lex_lim = lex_lim_sup - D.(T_Chip _ Td), avec lex_lim étant ladite valeur de gabarit, 25 lex_lim_sup étant ladite première valeur fixe, D étant la pente de la décroissance, T_ Chip étant ladite température mesurée, et Td étant ladite première valeur de température prédéterminée. Selon encore une autre caractéristique particulière, la valeur de gabarit est 30 égale à une seconde valeur fixe lorsque la température mesurée atteint une seconde valeur de température prédéterminée qui est supérieure à la première valeur de température prédéterminée. Selon encore une autre caractéristique particulière, la première valeur fixe est égale à un courant d'excitation correspondant à un couple mécanique maximum 35 pouvant être prélevé sur l'alternateur lorsque le moteur thermique du véhicule automobile est froid et tourne à basse vitesse, sans risque de calage pour le moteur thermique. Selon encore une autre caractéristique particulière, la première valeur fixe est égale à un courant d'excitation correspondant à un courant de sortie maximum pouvant être délivré par l'alternateur. Selon encore une autre caractéristique particulière, le circuit de contrôle comprend une mémoire de type EEPROM dans laquelle sont mémorisées des valeurs de paramètres définissant le gabarit de limitation. Selon une autre aspect, l'invention concerne également un alternateur de véhicule automobile comprenant un régulateur de tension tel que décrit brièvement 10 ci-dessus. Ces quelques spécifications essentielles auront rendu évidents pour l'homme de métier les avantages apportés par le procédé et le dispositif de communication d'un régulateur de tension selon l'invention, ainsi par l'alternateur correspondant, par rapport à l'état de la technique antérieur. 15 Les spécifications détaillées de l'invention sont données dans la description qui suit en liaison avec les dessins ci-annexés. Il est à noter que ces dessins n'ont d'autre but que d'illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention. La Figure 1 est un schéma synoptique d'un régulateur de tension 20 d'alternateur de véhicule automobile selon l'invention ; et La Figure 2 est un courbe montrant une limitation du courant d'excitation en fonction de la température qui est implémentée dans le régulateur selon l'invention. Un schéma d'une forme de réalisation particulière d'un régulateur de tension 1, 2 selon l'invention est montré à la Fig. 1. 25 Il s'agit d'un régulateur de tension 1, 2 intégré dans un alternateur 3 d'un véhicule automobile. De manière classique, l'alternateur 3 comporte un stator 40 et un rotor 30. Un bobinage d'excitation 4 est logé dans le rotor 30. Comme le montre ce schéma synoptique, le régulateur de tension comprend essentiellement deux parties 1, 2: un circuit de contrôle 1 formé ici d'un ASIC, et 30 une électronique de puissance 2 comportant au moins un transistor 5 de type MOSFET (transistor à effet de champ à grille isolée) pour le contrôle d'un courant d'excitation lexc appliqué au bobinage d'excitation 4. Dans cette forme de réalisation particulière, l'ASIC de contrôle 1 comprend essentiellement un contrôleur de commande 6, un modulateur PWM 11 fournissant - 4 - des impulsions modulées en durée, et un amplificateur 12 de ces impulsions commandant le transistor 5 de l'électronique de puissance 2. Le contrôleur de commande 6 peut par exemple être réalisé autour d'un microprocesseur, un microcontrôleur ou en logique câblée selon les applications. Le contrôleur 6 comprend essentiellement une unité de traitement et calcul 7, une zone de stockage de données 8, 9, 10 comportant une mémoire vive RAM et une mémoire morte de type EEPROM, et des moyens d'interface d'entrées/sorties et de conversion analogique/numérique (non représentés). De manière connue, le contrôleur 6 assure la régulation de la tension de bord du réseau électrique du véhicule, en commandant la tension de sortie fournie par l'alternateur. Celle régulation de tension est mise en oeuvre par l'exécution d'instructions de programme d'un algorithme de régulation de tension stockées dans une mémoire morte 8. Une tension de consigne est fournie au contrôleur 6 par une unité de contrôle de moteur (non représentée) du véhicule. La valeur de la tension de consigne est transmise au contrôleur 6 à travers une liaison de communication, par exemple de type LIN, entre le contrôleur 6 et l'unité de contrôle de moteur. La tension de bord B+, prélevée au niveau de la borne de tension positive de la batterie du véhicule, est également fournie au contrôleur 6. Le contrôleur 6 délivre en sortie un rapport cyclique DC qui est fonction d'une erreur entre la tension de consigne et la tension de bord B+. Le rapport cyclique DC est fourni au modulateur 11 qui délivre le courant d'excitation lexc sous la forme d'un signal de type PWM (« Pulse Width Modulation ») modulé en fonction de la valeur du rapport cyclique DC. Le contrôleur 6 transmet à l'unité de contrôle de moteur des informations d'état telles que des alarmes, une information du courant d'excitation lexc, ainsi qu'une information qui porte la valeur du rapport cyclique DC en vigueur, sachant que le rapport cyclique DC du courant d'excitation fournit à l'unité de contrôle de moteur une information sur l'état de charge de l'alternateur 3. L'alternateur 3 est piloté par l'unité de contrôle de moteur selon une stratégie implémentée par celle-ci pour la commande du moteur thermique du véhicule. Conformément à l'invention, le régulateur de tension 1, 2 comporte un dispositif de protection thermique, supporté par les éléments 7, 70, 8, 9, 10, qui assure la protection thermique de l'alternateur 3. Un module logiciel 70 supportant 35 des mécanismes fonctionnels du dispositif de protection thermique est exécuté par -5- l'unité de traitement 7 du contrôleur 6. Le dispositif de protection thermique est maintenant décrit en référence également à la Fig.2. Le dispositif de protection thermique 70 met en oeuvre une limitation du 5 courant d'excitation lexc en fonction de la température. La température prise en compte pour cette limitation est une température T_Chip qui est mesurée sur une puce électronique (ASIC) du contrôleur 6. Comme montré à la Fig.1, la valeur mesurée de la température T_Chip est mémorisée dans un registre de mémoire vive 10 et fournie à l'unité de traitement 7. 10 Le courant d'excitation lexc appliqué effectivement au bobinage d'excitation 4 est mesurée et sa valeur courante est mémorisée dans le registre de mémoire vive 10 et fournie à l'unité de traitement 7, de même que la température T_Chip. On notera que les valeurs de la température T_Chip et du courant d'excitation lexc peuvent, dans certaines applications, faire partie des informations 15 transmises à l'unité de contrôle de moteur. Dans un tel cas, il n'est pas nécessaire de prévoir de moyens particuliers pour l'obtention de celles-ci. Comme le montre la courbe de la Fig.2, la limitation du courant d'excitation lexc fait appel à un gabarit de limitation de courant qui donne, en fonction de la température T_Chip, une valeur de gabarit lex_lim comme étant la valeur maximum 20 pouvant être prise par le courant d'excitation lexc. Tant que la température T_Chip reste inférieure à une valeur de température Td, le courant d'excitation lexc est limité en valeur haute à la valeur de gabarit lex_lim = lex_lim_sup, avec lex_lim_sup ayant une valeur fixe. Lorsque la température T_Chip atteint et dépasse la valeur de température 25 Td, la valeur de gabarit lex_lim décroît proportionnellement à l'accroissement de la température T_Chip, à partir de la valeur de gabarit lex_lim = lex_lim_sup. La valeur de gabarit lex_lim est alors donnée par l'égalité : lex_lim = lex_lim_sup - D.(T_Chip - Td), avec D étant la pente de la décroissance. 30 Cette décroissance de lex_lim s'applique jusqu'à ce que la température T_Chip atteigne une valeur de température T_Chip = Td_max. Pour cette valeur de température T_Chip = Td_max, la valeur de gabarit lex_lim est alors égale à une valeur de gabarit basse lex_lim_inf non nulle. Au-delà de la température T_Chip = Td_max, la valeur de gabarit lex_lim est maintenue à la valeur de gabarit basse 35 lex_lim_inf. - 6 - Comme cela apparaît à la Fig.1, dans cette forme de réalisation, les valeurs des paramètres Td, Td_max, D et lex_lim_sup définissant le gabarit de limitation thermique sont chargées dans mémoire EEPROM 9. Par ailleurs, on notera que la valeur de lex_lim_sup peut dépendre des 5 conditions de fonctionnement du moteur thermique. Par exemple, dans des conditions où le moteur thermique est froid et tourne à basse vitesse, la valeur de lex_lim_sup sera égale à un courant d'excitation correspondant à un couple mécanique maximum pouvant être prélevé par l'alternateur sur le moteur thermique sans risque de calage de celui-ci. Dans un tel 10 cas, le dispositif de protection thermique selon l'invention assure également une fonction de limitation du couple prélevé à froid, sachant que lorsqu'il n'y a plus de risque de calage, la valeur de lex_lim_sup sera généralement égale à une valeur lexc_max du courant d'excitation lexc correspondant à un courant de sortie maximal l_alt_max que peut fournir l'alternateur. 15 Dans le cas où le dispositif de protection thermique selon l'invention n'est pas mis à contribution pour la limitation de couple prélevé à froid, la valeur de lex_lim_sup pourra être fixée à lexc_max quelles que soient les conditions de fonctionnement du moteur thermique. On notera également que le dispositif de protection thermique selon 20 l'invention, en prévoyant une valeur de gabarit basse lex_lim_inf non nulle, autorise une continuité de fourniture d'un courant d'excitation lexc au bobinage d'excitation de l'alternateur, afin que celui-ci puisse continuer à alimenter des charges sur le réseau électrique du véhicule alors que le mode de protection thermique est pleinement activé. 25 A titre d'exemple, dans le cadre d'une application particulière de l'invention sur un alternateur délivrant un courant de sortie maximal l_alt_max = 300 A environ, les valeurs suivantes ont été testées par l'entité inventive avec des résultats satisfaisants : lex_lim_sup = 5,75 A (avec limitation du couple à froid) 30 lex_lim_sup = 6,75 A (sans limitation du couple à froid) lex_lim_inf = 3,75 A Td = 130 °C Td_max = 140 °C D = 0,2 A / °C. 35 - 7 - Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée par les formes de réalisation particulières décrites ci-dessus et d'autres formes de réalisation sont possibles sans pour autant sortir de la portée des revendications ci-annexées.5 REVENDICATIONS1) Régulateur de tension (1, 2) d'un alternateur (3) de véhicule automobile comprenant un circuit de contrôle (1) et un circuit électronique de puissance délivrant un courant d'excitation (lexc) à un bobinage d'excitation (4) dudit alternateur (3), caractérisé en ce que ledit circuit de contrôle (1) comprend des moyens de protection thermique (7, 70, 8, 9, 10) qui limitent ledit courant d'excitation (lexc) à une valeur (lex_lim) donnée par un gabarit de limitation en fonction d'une température mesurée (T_Chip). 2) Régulateur de tension selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite température mesurée est une température (T_Chip) qui est mesurée dans ledit régulateur (1,2). 3) Régulateur de tension selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite température est une température (T_Chip) qui est mesurée sur une puce électronique (ASIC) dudit régulateur (1, 2). 4) Régulateur de tension selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite valeur de gabarit (lex_lim) est égale à une première valeur fixe (lex_lim_sup) tant que ladite température mesurée (T_Chip) reste inférieure à une première valeur de température prédéterminée (Td) et décroît ensuite en fonction de ladite température mesurée (T_Chip). 5) Régulateur de tension selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite valeur de gabarit (lex_lim) décroît selon l'égalité : lex_lim = lex_lim_sup - D.(T_Chip _ Td), avec lex_lim étant ladite valeur de gabarit, lex_lim_sup étant ladite première valeur fixe, D étant la pente de la décroissance, T_Chip étant ladite température mesurée, et Td étant ladite première valeur de température prédéterminée. 6) Régulateur de tension selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ladite- 9 - valeur de gabarit (lex_lim) est égale à une seconde valeur fixe (lex_lim_inf) lorsque ladite température mesurée (T_Chip) atteint une seconde valeur de température prédéterminée (Td_max) qui est supérieure à ladite première valeur de température prédéterminée (Td). 7) Régulateur de tension selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ladite première valeur fixe (lex_lim_sup) est égale à un courant d'excitation correspondant à un couple mécanique maximum pouvant être prélevé sur ledit alternateur (3) lorsque le moteur thermique dudit véhicule automobile est froid et tourne à basse vitesse, sans risque de calage pour ledit moteur thermique. 8) Régulateur de tension selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ladite première valeur fixe (lex_lim_sup) est égale à un 15 courant d'excitation (lexc_max) correspondant à un courant de sortie maximum (1_alt_max) pouvant être délivré par ledit alternateur (3). 9) Régulateur de tension selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le circuit de contrôle (1) comprend une mémoire de type 20 EEPROM (9) dans laquelle sont mémorisées des valeurs de paramètres (Td, Td_max, D, lex_lim_sup) définissant ledit gabarit de limitation. 10) Alternateur (3) de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un régulateur de tension (1, 2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 25