Brevet FR3025755A1 — publié le 20160318

Procédé de limitation du couple moteur d'un moteur électrique et dispositif correspondant La présente invention se rapporte de manière générale aux domaines de l'électrotechnique et de l'automobile, et concerne plus précisément un procédé de limitation de couple moteur pour un véhicule électrique ou hybride. Un tel véhicule comporte une batterie de traction qui limite la puissance mécanique disponible pour le moteur électrique de traction du véhicule. Cette limitation est notamment due au taux de charge de la batterie, à son niveau de tension, à sa température et à son vieillissement. Le moteur électrique est donc limité à une valeur de couple maximale, calculée en temps réel pour permettre au conducteur d'utiliser au mieux la batterie de traction. Afin d'augmenter la durée de vie de la batterie, étant donné que le calcul de la puissance mécanique disponible n'est pas précis en temps réel, cette limitation du couple est calculée à partir de la puissance maximale disponible dans la batterie diminuée d'une marge de sécurité importante. Une boucle de régulation sur l'estimation de la puissance maximale disponible dans la batterie permet de vérifier que cette marge n'est pas dépassée, et dans le cas contraire de diminuer la valeur maximale de couple autorisée pour le moteur électrique. Néanmoins cette solution ne permet pas d'utiliser la batterie au mieux de sa puissance du fait de la marge de sécurité importante utilisée. De plus la boucle de régulation ne peut pas être utilisée trop souvent au risque de produire des à-coups désagréables pour le conducteur. Il est également proposé, dans le document W02008093687, de limiter le couple moteur à une valeur de couple minimisant les pertes moteur, grâce à l'utilisation de cartographies de ces pertes en fonction du couple moteur et de la vitesse de rotation du moteur, afin de maximiser l'autonomie de roulage. Cette solution permet de mieux utiliser la puissance disponible dans la batterie, mais ne résout pas le problème d'incertitude sur le calcul en temps réel de la puissance mécanique disponible, qui oblige à utiliser une marge de 3025755 2 sécurité importante dans le calcul de la puissance mécanique disponible pour le moteur électrique. 5 Un des buts de l'invention est de remédier à au moins une partie des inconvénients de la technique antérieure en fournissant un procédé et un dispositif de limitation du couple moteur d'un moteur électrique de traction, ainsi qu'un programme d'ordinateur correspondant, qui permettent de diminuer la marge de sécurité utilisée dans le calcul de la puissance mécanique 10 disponible pour le moteur électrique. A cette fin, l'invention propose un procédé de limitation du couple moteur d'un moteur électrique de traction d'un véhicule à traction au moins partiellement électrique comportant une batterie de traction, ledit procédé comportant : 15 une étape de détermination d'une puissance mécanique disponible en fonction d'une estimation de la puissance maximale disponible dans ladite batterie, d'une estimation de la puissance électrique consommée par des auxiliaires et d'une cartographie des pertes moteur utilisant comme données d'entrée le régime moteur et le couple réalisé par ledit moteur, 20 une étape de correction d'une puissance mécanique disponible utilisant un correcteur intégral sur l'estimation de la puissance maximale disponible dans ladite batterie, une étape de limitation du couple moteur en fonction de la puissance mécanique disponible déterminée, ou en fonction de la puissance 25 mécanique disponible corrigée si ladite puissance mécanique disponible corrigée est inférieure à ladite puissance mécanique disponible déterminée, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de mise à jour de moyens d'estimation des pertes moteur comportant ladite cartographie lorsque l'étape de limitation utilise ladite puissance mécanique 30 disponible corrigée. 302 5 75 5 3 Grâce à l'invention, les pertes moteur cartographiées sont mieux estimées ce qui permet d'utiliser une marge de sécurité moins importante dans le calcul de la puissance mécanique disponible pour le moteur électrique. En effet, lorsque la puissance mécanique disponible corrigée par la boucle de 5 régulation, est inférieure à la puissance mécanique disponible déterminée par les estimations ainsi que par la cartographie, c'est que les pertes moteur ont été mal estimées. Selon une caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, ladite étape de mise à jour des moyens d'estimation des pertes moteur est 10 réalisée seulement lorsque la puissance mécanique disponible corrigée reste inférieure à ladite puissance mécanique disponible déterminée pendant une première durée prédéterminée. Cette caractéristique permet de ne pas sur-corriger l'estimation des pertes moteur et de stabiliser la correction apportée à cette estimation. 15 Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, lesdites étapes de détermination, de correction de puissance mécanique disponible et de limitation étant réalisées à chaque pas de calcul, ladite étape de mise à jour des moyens d'estimation des pertes moteur est itérée jusqu'à ce que ladite étape de limitation n'utilise plus que ladite 20 puissance mécanique disponible déterminée pendant au moins une deuxième durée prédéterminée. Cette caractéristique permet encore de mieux estimer les pertes moteur et d'éviter le recours à la boucle de régulation sur la puissance maximale disponible dans la batterie. En effet le recours à cette boucle de régulation 25 pour limiter le couple maximal du moteur électrique signifie que les pertes moteur ont pu être sous-estimées de telle sorte que le couple maximal autorisé soit au-dessus des possibilités de la batterie de traction. Le fait que la limitation du couple maximal n'utilise plus cette boucle de régulation permet donc d'augmenter la durée de vie de la batterie de traction. 30 Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, dans ladite étape de mise à jour des moyens d'estimation des 3025755 4 pertes moteur, on incrémente au moins une ou plusieurs valeurs de ladite cartographie correspondant audit régime moteur et audit couple réalisé, d'un incrément prédéterminé. Cette caractéristique permet de corriger directement les cartographies des pertes moteur, ce qui permet de ne pas modifier la façon 5 dont les pertes moteur sont estimées dans l'étape de détermination de la puissance mécanique disponible, aux prochains pas de calcul. Alternativement, dans ladite étape de mise à jour des moyens d'estimation des pertes moteur, on met à jour une matrice de correction faisant correspondre à un régime moteur et à un couple moteur un coefficient 10 multiplicatif de correction, destiné à être utilisé lors d'une lecture de pertes moteur correspondantes dans ladite cartographie lors d'une étape suivante de détermination de puissance mécanique disponible. Cette alternative permet de conserver les valeurs initiales de la cartographie des pertes moteur, ce qui peut être utile en cas de remplacement ou de maintenance sur le moteur. 15 L'invention concerne aussi un dispositif de limitation du couple moteur d'un moteur électrique de traction d'un véhicule à traction au moins partiellement électrique comportant une batterie de traction, ledit dispositif comportant : - des moyens de détermination d'une puissance mécanique 20 disponible en fonction d'une estimation de la puissance maximale disponible dans ladite batterie, d'une estimation de la puissance électrique consommée par des auxiliaires et d'une cartographie des pertes moteur utilisant comme données d'entrée le régime moteur et le couple réalisé par ledit moteur, - des moyens de correction d'une puissance mécanique 25 disponible utilisant un correcteur intégral sur l'estimation de la puissance maximale disponible dans ladite batterie, - des moyens de limitation du couple moteur en fonction de la puissance mécanique disponible déterminée par lesdits moyens de détermination, ou en fonction de la puissance mécanique disponible corrigée 30 par lesdits moyens de correction si ladite puissance mécanique disponible corrigée est inférieure à ladite puissance mécanique disponible déterminée, 3025755 5 ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de mise à jour de moyens d'estimation des pertes moteur comportant ladite cartographie aptes à mettre à jour lesdits moyens d'estimation des pertes moteur lorsque lesdits moyens de limitation utilisent ladite puissance 5 mécanique disponible corrigée. Avantageusement, lesdits moyens de mise à jour des moyens d'estimation des pertes moteur sont aptes à être activés seulement lorsque la puissance mécanique disponible corrigée par lesdits moyens de correction de puissance mécanique disponible reste inférieure à ladite puissance mécanique 10 disponible déterminée par lesdits moyens de détermination pendant une première durée prédéterminée. Avantageusement, lesdits moyens de mise à jour des moyens d'estimation des pertes moteurs sont aptes à être activés itérativement jusqu'à ce que ladite puissance mécanique disponible déterminée par lesdits moyens 15 de détermination reste inférieure à la puissance mécanique disponible corrigée par lesdits moyens de correction de puissance mécanique disponible pendant au moins une deuxième durée prédéterminée. Avantageusement, lesdits moyens de mise à jour des moyens d'estimation des pertes moteur comportent des moyens d'incrémentation d'au 20 moins une ou plusieurs valeurs de ladite cartographie correspondant au régime moteur et au couple réalisé, d'un incrément prédéterminé. L'invention concerne également un programme d'ordinateur comportant des instructions pour mettre en oeuvre le procédé de limitation selon l'invention, lorsqu'il est exécuté sur un ou plusieurs processeurs. 25 Le dispositif de limitation selon l'invention ainsi que le programme d'ordinateur selon l'invention présentent des avantages analogues à ceux du procédé de limitation selon l'invention. 30 D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préféré décrit en référence aux figures dans lesquelles : 3025755 6 - la figure 1 représente un dispositif de limitation du couple d'un moteur électrique selon l'invention, dans ce mode de réalisation, - la figure 2 représente des étapes du procédé de limitation du couple d'un moteur électrique selon l'invention, dans ce mode de réalisation, 5 - et la figure 3 représente le calcul du couple maximal autorisé pour le moteur électrique dans le dispositif de limitation selon l'invention, dans ce mode de réalisation. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention représenté à la 10 figure 1, le procédé de limitation du couple d'un moteur électrique selon l'invention est implémenté préférentiellement de manière logicielle dans un calculateur ECU d'un véhicule électrique ou hybride. Ce véhicule comporte une batterie Batt de traction alimentant un onduleur OND qui produit un courant triphasé à destination d'un moteur électrique ME. 15 Un convertisseur courant-continu - courant-continu DC/DC permet de produire un courant de 14V à partir de la batterie de traction Batt, à destination des auxiliaires AUX du véhicule (climatisation, éclairages, etc). La carte de contrôle du DC/DC permet de remonter au calculateur ECU une information P_dcdc de puissance électrique consommée par les auxiliaires. 20 La batterie de traction Batt est supervisée par un calculateur BMS qui remonte notamment au calculateur ECU une estimation P_batt_ht de puissance électrique maximale que la batterie Batt de traction peut fournir. Cette estimation est effectuée par le calculateur BMS au moyen de méthodes connues de l'Homme du métier, basées notamment sur la température de la 25 batterie et son état de charge. Des capteurs de courant et de tension aux bornes de la batterie de traction Batt permettent également de remonter au calculateur ECU une information de courant batterie Ibatt et de tension batterie Vbatt. Le calculateur ECU a également accès à une cartographie Carto qui 30 permet de connaître les pertes moteur, c'est-à-dire la puissance dissipée due au fonctionnement de la machine électrique et qui ne contribue pas à la 3025755 7 traction, telles que des pertes Joule par exemple, en fonction du couple réalisé et du régime moteur utilisés comme paramètres d'entrée de la cartographie. Le couple réalisé et le régime moteur sont connus du calculateur ECU grâce aux données remontées de divers capteurs non représentés sur le système de 5 traction du véhicule (notamment capteurs de courants statoriques, capteur de vitesse). Le calculateur ECU, à partir des informations reçues des divers capteurs, calculateurs, et de la cartographie Carto, calcule un couple maximal Cmax limitant la valeur de couple que l'onduleur OND pourra réaliser. Cette 10 limitation permet de respecter les limitations de la batterie. Le calculateur ECU forme donc, dans ce mode de réalisation de l'invention, un dispositif de limitation de couple moteur selon l'invention. En référence à la figure 2, le procédé de limitation de couple moteur 15 selon l'invention est représenté sous la forme d'un algorithme comportant des étapes El à E5. L'étape El est la détermination d'une puissance mécanique disponible P1 pour la traction en fonction de l'estimation P_batt_ht de la puissance maximale disponible dans la batterie Batt, de l'estimation P_dcdc de la 20 puissance électrique consommée par les auxiliaires AUX et de la cartographie Carto. Plus précisément dans cette étape El on calcule cette puissance mécanique disponible P1 de manière prédictive grâce à l'équation : P1 = P_batt_ht - P_dcdc -Pertes(W,C) 25 Où Pertes (W,C) est la valeur des pertes moteurs fournies par la cartographie Carto pour le régime moteur W et le couple réalisé C, qui sont les valeurs de régime moteur et de couple remontés par les capteurs du système de traction au calculateur ECU au moment où celui-ci effectue le calcul de cette puissance Pl. 30 L'étape E2, effectuée parallèlement à l'étape E1, est la correction de puissance mécanique disponible utilisant un correcteur intégral sur l'estimation 3025755 8 P_batt_ht de la puissance maximale disponible dans la batterie Batt. Cette puissance mécanique disponible corrigée P2 est donc la sortie d'un correcteur intégral dont l'entrée est l'erreur entre l'estimation P_batt_ht et la puissance réelle disponible P_batt_ht_reel dans la batterie Batt calculée au pas de calcul 5 précédent grâce au produit Ibatt*Vbatt. Cette puissance mécanique disponible corrigée P2 est donc le résultat d'une boucle de régulation dite boucle curative par opposition à la puissance mécanique disponible P1 déterminée à l'étape El de manière prédictive. L'étape E3 est la limitation du couple moteur utilisant la valeur minimale 10 entre les valeurs de puissance déterminée P1 et corrigée P2. Autrement dit si P1 est inférieur à P2 alors on limite dans cette étape E3 le couple moteur à la valeur P1 /W, et si P2 est inférieur à P1 alors on limite dans cette étape E3 le couple moteur à la valeur P2/W, le régime moteur W étant converti pour ce calcul du couple moteur maximal Cmax à une valeur en rad/s (radians par 15 seconde). L'étape E4 est un test sur les valeurs P1 et P2. Dans cette étape on vérifie que la boucle curative n'est pas utilisée pour le calcul de Cmax sur une durée supérieure à une seconde. Si tel est le cas on continue à effectuer cette étape E4 de vérification, les étapes E1, E2 et E3 étant réalisées en continu à 20 chaque pas de calcul du calculateur ECU. Si au contraire dans cette étape E4, on constate que la puissance mécanique disponible corrigée P2 reste inférieure à la puissance mécanique disponible déterminée P1 pendant au moins une seconde, alors on passe à l'étape E5. La valeur d'une seconde correspond à une durée prédéterminée 25 permettant de stabiliser l'effet d'une modification de la cartographie à l'étape E5, mais en variante il est possible d'utiliser une autre durée prédéterminée, comprise par exemple entre 0,2 secondes et 10 secondes. L'étape E5 est la mise à jour de moyens d'estimation des pertes moteur comportant la cartographie Carto. Dans cette étape E5, on recherche les 30 valeurs de régime moteur et de couple moteur utilisées dans la cartographie Carto et encadrant le plus étroitement les valeurs de régime moteur W et de 302 5 755 9 couple réalisé C remontées au calculateur ECU à l'étape précédente E1. On trouve ainsi les valeurs Wi, Mo de régime moteur et C; et 41 de couple moteur telles que : REVENDICATIONS1. Procédé de limitation du couple moteur d'un moteur électrique (ME) de traction d'un véhicule à traction au moins partiellement électrique comportant une batterie de traction (Batt), ledit procédé comportant : - une étape (El) de détermination d'une puissance mécanique disponible (P1) en fonction d'une estimation de la puissance maximale disponible dans ladite batterie (P_batt_ht), d'une estimation de la puissance électrique consommée (P_dcdc) par des auxiliaires (AUX) et d'une cartographie (Carto) des pertes moteur utilisant comme données d'entrée le régime moteur (W) et le couple réalisé (C) par ledit moteur (ME), - une étape (E2) de correction d'une puissance mécanique disponible (P2) utilisant un correcteur intégral (I) sur l'estimation de la puissance maximale disponible (P_batt_ht) dans ladite batterie (Batt), - une étape (E3) de limitation du couple moteur en fonction de la puissance mécanique disponible déterminée (P1), ou en fonction de la puissance mécanique disponible corrigée (P2) si ladite puissance mécanique disponible corrigée (P2) est inférieure à ladite puissance mécanique disponible déterminée (P1), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape (E5) de mise à jour de moyens d'estimation des pertes moteur comportant ladite cartographie (Carto) lorsque l'étape (E3) de limitation utilise ladite puissance mécanique disponible corrigée (P2). 2. Procédé de limitation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape (E5) de mise à jour des moyens d'estimation des pertes moteur est réalisée seulement lorsque la puissance mécanique disponible corrigée (P2) reste inférieure à ladite puissance mécanique disponible déterminée (P1) pendant une première durée prédéterminée. 3025755 14 3. Procédé de limitation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites étapes (E1, E2, E3) de détermination, de correction de puissance mécanique disponible et de limitation étant réalisées à chaque pas de calcul, ladite étape (E5) de mise à jour des moyens d'estimation des pertes moteurs 5 est itérée jusqu'à ce que ladite étape (E3) de limitation n'utilise plus que ladite puissance mécanique disponible déterminée (P1) pendant au moins une deuxième durée prédéterminée. 4. Procédé de limitation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 10 caractérisé en ce que dans ladite étape (E5) de mise à jour des moyens d'estimation des pertes moteur, on incrémente au moins une ou plusieurs valeurs de ladite cartographie (Carto) correspondant audit régime moteur (W) et audit couple réalisé (C), d'un incrément prédéterminé. 15 5. Procédé de limitation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans ladite étape (E5) de mise à jour des moyens d'estimation des pertes moteur, on met à jour une matrice de correction faisant correspondre à un régime moteur (W) et à un couple moteur (C) un coefficient multiplicatif de correction (Ki), destiné à être utilisé lors d'une lecture de pertes 20 moteur correspondantes dans ladite cartographie (Carto) lors d'une étape suivante de détermination de puissance mécanique disponible . 6. Dispositif de limitation du couple moteur d'un moteur électrique (ME) de traction d'un véhicule à traction au moins partiellement électrique comportant 25 une batterie de traction (Batt), ledit dispositif comportant : des moyens de détermination d'une puissance mécanique disponible (P1) en fonction d'une estimation de la puissance maximale disponible (P_batt_ht) dans ladite batterie (Batt), d'une estimation de la puissance électrique consommée (P_dcdc) par des auxiliaires (AUX) et d'une 30 cartographie (Carto) des pertes moteur utilisant comme données d'entrée le régime moteur (W) et le couple réalisé (C) par ledit moteur (ME), 3025755 15 - des moyens de correction d'une puissance mécanique disponible (P2) utilisant un correcteur intégral (I) sur l'estimation de la puissance maximale disponible (P_batt_ht) dans ladite batterie (Batt), - des moyens de limitation du couple moteur en fonction de la puissance 5 mécanique disponible déterminée (P1) par lesdits moyens de détermination, ou en fonction de la puissance mécanique disponible corrigée (P2) par lesdits moyens de correction si ladite puissance mécanique disponible corrigée (P2) est inférieure à ladite puissance mécanique disponible déterminée (P1), ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de 10 mise à jour de moyens d'estimation des pertes moteur comportant ladite cartographie (Carto) aptes à mettre à jour lesdits moyens d'estimation des pertes moteur lorsque lesdits moyens de limitation utilisent ladite puissance mécanique disponible corrigée (P2). 15 7. Dispositif de limitation selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de mise à jour des moyens d'estimation des pertes moteur sont aptes à être activés seulement lorsque la puissance mécanique disponible corrigée (P2) par lesdits moyens de correction de puissance mécanique disponible reste inférieure à ladite puissance mécanique disponible 20 déterminée (P1) par lesdits moyens de détermination pendant une première durée prédéterminée. 8. Dispositif de limitation selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de mise à jour des moyens d'estimation des pertes moteurs 25 sont aptes à être activés itérativement jusqu'à ce que ladite puissance mécanique disponible déterminée (P1) par lesdits moyens de détermination reste inférieure à la puissance mécanique disponible corrigée (P2) par lesdits moyens de correction de puissance mécanique disponible pendant au moins une deuxième durée prédéterminée. 30 3025755 16 9. Dispositif de limitation selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de mise à jour des moyens d'estimation des pertes moteur comportent des moyens d' incrémentation d'au moins une ou plusieurs valeurs de ladite cartographie (Carto) correspondant au régime 5 moteur (W) et au couple réalisé (C), d'un incrément prédéterminé. 10. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour mettre en oeuvre le procédé de limitation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, lorsqu'il est exécuté sur un ou plusieurs processeurs. 10 15