Brevet FR3079690A1 — publié le 20191004

PROCÉDÉ DE CONTRÔLE EN PUISSANCE D'UNE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE LORS DE L'ASSISTANCE D'UN MOTEUR THERMIQUE La présente invention porte sur un procédé de contrôle en puissance d'une machine électrique tournante lors de l'assistance d'un moteur thermique. De façon connue en soi, une machine électrique réversible peut être accouplée au moteur thermique via la façade accessoires. Cette machine électrique, appelée communément alterno-démarreur, est apte à fonctionner dans un mode générateur pour recharger une batterie du véhicule ainsi que dans un mode moteur pour fournir un couple au véhicule. Le mode moteur peut notamment être utilisé dans une fonction d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique en fonction des conditions de circulation (fonction dite STT pour "stop and start" en anglais), une fonction d'assistance au calage du moteur thermique, une fonction dite "boost" en anglais permettant à la machine électrique d'assister ponctuellement le moteur thermique lors d'une phase de roulage en mode thermique, et une fonction de roue libre, dite de "coasting" en anglais, permettant d'automatiser l'ouverture de la chaîne de traction sans action explicite du conducteur pour réduire le régime moteur ou l'arrêter afin de minimiser la consommation en carburant ainsi que les émissions polluantes. Le mode générateur peut être utilisé dans une fonction de freinage récupératif permettant à la machine électrique de fournir de l'énergie électrique à la batterie lors d'une phase de freinage. L'invention vise à intégrer une fonction de contrôle en puissance à un régime de vitesse établi, afin de consommer de l'énergie récupérée lors d'une phase de freinage récupératif pour assister le moteur thermique en fournissant du couple et autoriser une future récupération d'énergie. Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de contrôle en puissance d'une machine électrique tournante pour véhicule automobile lors d'une phase d'assistance en couple d'un moteur thermique, ladite machine électrique tournante comportant un stator et un rotor bobiné destiné à être 2 parcouru par un courant d'excitation, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de détermination d'une puissance électrique de consigne, - une étape de comparaison de la puissance électrique de consigne avec 5 une puissance électrique réelle pour déterminer un écart de puissance électrique, - une étape de correction de l'écart de puissance électrique pour obtenir un couple de consigne, et - une étape d'application d'un couple par la machine électrique en fonction lo d'un courant d'excitation au rotor et d'un angle d'avance calculés à partir dudit couple de consigne. Selon une mise en oeuvre, la puissance électrique de consigne est déterminée à partir d'une puissance électrique demandée par un calculateur moteur, d'un gradient de puissance, et de contraintes thermiques. 15 Selon une mise en oeuvre, la puissance électrique réelle est calculée à partir d'une tension de sortie et d'un courant de sortie de la machine électrique tournante. Selon une mise en oeuvre, l'angle d'avance et le courant d'excitation sont déterminés chacun au moyen d'une cartographie en fonction du couple de 20 consigne préalablement normalisé et d'une vitesse de rotation de la machine électrique tournante. Selon une mise en oeuvre, le couple de consigne normalisé est égal au ratio du couple de consigne divisé par le couple maximal de la machine électrique tournante. 25 Selon une mise en oeuvre, le couple de consigne est saturé par le couple maximal de la machine électrique tournante. Selon une mise en oeuvre, le couple maximal est déterminé au moyen d'une cartographie à partir d'une tension en sortie de la machine électrique tournante. 3 Selon une mise en oeuvre, le courant d'excitation est obtenu à partir du produit d'un courant d'excitation normalisé issu de la cartographie et d'un courant maximal en sortie de la machine électrique tournante. Selon une mise en oeuvre, le courant maximal est déterminé au moyen d'une 5 cartographie à partir d'une tension en sortie de la machine électrique tournante. L'invention a également pour objet un module de contrôle pour machine électrique tournante caractérisé en ce que qu'il comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de lo contrôle en puissance de la machine électrique tournante tel que précédemment défini. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. 15 La figure 1 est une représentation schématique fonctionnelle d'un alterno- démarreur mettant en oeuvre le procédé selon l'invention; La figure 2 est une représentation schématique des blocs fonctionnels permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention de contrôle en puissance de l'alterno-démarreur lors d'une phase d'assistance en couple du 20 moteur thermique; La figure 3 est une représentation schématique détaillée du bloc fonctionnel de la figure 2 permettant le contrôle en couple de l'alterno-démarreur. Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. 25 La figure 1 représente de façon schématique un alterno-démarreur 10 selon l'invention. L'alterno-démarreur 10 est destiné à être installé dans un véhicule comportant un réseau électrique de bord connecté à une batterie 12. Le réseau de bord pourra être de type 12V, 24V, ou 48V. L'alterno-démarreur 10 est accouplé à un moteur thermique 11 de façon connue en soi par un 30 système à courroie 11' ou à chaîne implanté en façade accessoires. 4 En outre, l'alterna-démarreur 10 est apte à communiquer avec un calculateur moteur 15 suivant un protocole de communication de type LIN ("Local Interconnect Network" en anglais ou "Réseau Internet Local" en français) ou CAN ("Controller Area Network" en anglais qui est un bus de système série). 5 L'alterna-démarreur 10 pourra fonctionner en mode alternateur appelé également mode générateur ou en mode moteur. L'alterna-démarreur 10 comprend notamment une partie électrotechnique 13 et un module de contrôle 14. Plus précisément, la partie électrotechnique 13 comprend un élément induit 10 18 et un élément inducteur 19. Dans un exemple, l'induit 18 est le stator, et l'inducteur 19 est un rotor comportant une bobine d'excitation 20. Le stator 18 comprend un nombre N de phases. Dans l'exemple considéré, le stator 18 comporte trois phases U, V et W. En variante, le nombre N de phases pourra être égal à 5 pour une machine pentaphasée, à 6 pour une machine de type 15 hexaphasée ou double triphasée ou à 7 pour une machine heptaphasée. Les phases du stator 18 pourront être couplées en triangle ou en étoile. Une combinaison de couplage triangle et étoile est également envisageable. Le module de contrôle 14 comprend un circuit d'excitation 141 intégrant un hacheur pour générer un courant d'excitation lexc qui est injecté dans la 20 bobine d'excitation 20. La mesure du courant d'excitation pourra être réalisée par exemple à l'aide d'une résistance de type shunt. Les mesures de la position angulaire et de la vitesse angulaire du rotor 19 pourront être réalisées au moyen de capteurs analogiques à effet Hall H1, H2, H3 et d'une cible magnétique 25 associée qui est solidaire 25 en rotation du rotor 19. Le module de contrôle 14 comprend en outre un circuit de contrôle 142, comprenant par exemple un microcontrôleur, qui pilote un onduleur 26 en fonction d'un signal de commande issu du calculateur moteur 15 et reçu via un connecteur de signal 24. 30 L'onduleur 26 présente des bras comportant chacun deux éléments de commutation permettant de relier sélectivement une phase U, V, W 5 correspondante du stator 18 à la masse ou à la tension d'alimentation de la batterie 12 en fonction de leur état passant ou bloqué. Les éléments de commutation sont de préférence des transistors de puissance de type MOSFET. 5 Le module de contrôle 14 comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre de la stratégie de pilotage de la machine électrique décrite ci-après en référence avec les figures 2 et 3. Le mode générateur peut être utilisé dans une fonction de freinage récupératif permettant à la machine électrique 10 de fournir de l'énergie 10 électrique à la batterie lors d'une phase de freinage. L'invention vise à intégrer une fonction de contrôle en puissance à un régime établi afin de consommer de l'énergie récupérée lors d'une phase de freinage récupératif pour assister le moteur thermique 11 en fournissant du couple et autoriser une future récupération d'énergie. 15 Plus précisément, comme on peut le voir sur la figure 2, le module M1 permet de déterminer une puissance électrique de consigne Pcons à partir d'une puissance électrique Pecu demandée par le calculateur moteur 15, d'un gradient de puissance G correspondant, et de contraintes thermiques Th. 20 Le module comparateur M2 permet de comparer la puissance électrique de consigne Pcons avec une puissance électrique réelle Pr pour déterminer un écart de puissance électrique E. La puissance réelle Pr est calculée à partir du courant de sortie Idc et de la tension de sortie UB+ de la machine électrique 10. La tension de sortie UB+ est mesurée au niveau de 25 bornes B+, B- du réseau de bord. L'écart E est corrigé par le module correcteur M3 pour obtenir un couple de consigne Tcons. Le module correcteur M3 est par exemple de type PI (Proportionnel et Intégral). Le module M4 de contrôle de couple permet de déterminer un courant 30 d'excitation au rotor lexc et un angle d'avance A_av à partir du couple de consigne Tcons. 6 La figure 3 donne le détail fonctionnel du module de contrôle en couple M4 de la machine électrique. Ce module de contrôle en couple M4 comporte un module M1' permettant de saturer un couple de consigne Tcons par le couple maximal Tmax de la machine électrique 10. Ce couple maximal Tmax 5 est déterminé au moyen d'une cartographie Cl à partir d'une tension de sortie UB+ de la machine électrique 10. Le module M2' permet de normaliser le couple de consigne Tcons pour obtenir un couple de consigne normalisé Tcons_norm. A cet effet, le module M2' divise le couple de consigne Tcons par le couple maximal Tmax de la 10 machine électrique 10. La cartographie C2 permet de déterminer un angle d'avance A_av à partir du couple de consigne normalisé Tcons_norm et de la vitesse de rotation Wmel de la machine électrique 10. L'angle d'avance A_av est considéré comme étant la différence de phase entre le courant du stator (piloté à l'aide des 15 éléments de commutation de l'onduleur 26) et la force électromotrice de la machine électrique 10. La cartographie C3 permet de déterminer un courant d'excitation lexc du rotor 19 à partir du couple de consigne normalisé Tcons_norm et de la vitesse de rotation Wmel de la machine électrique 10. 20 Plus précisément, la cartographie C3 fournit à sa sortie un courant d'excitation normalisé lexc_norm. Le module M3' permet de calculer le courant d'excitation lexc à partir du produit entre le courant d'excitation normalisé lexcnorm et un courant maximal lexc_max en sortie de la machine électrique 10. Le courant maximal lexc_max est déterminé au 25 moyen d'une cartographie C4 à partir de la tension de sortie UB+ de la machine électrique 10. Le module de commande M5' permet d'appliquer un couple Tmel par la machine électrique 10 en fonction de l'angle d'avance A_av et du courant d'excitation lexc précédemment déterminés. Préalablement, le module M6' 30 pourra saturer le courant d'excitation lexc à appliquer au rotor 19 par le courant maximal lexc_max. 7 Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de 5 réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle en puissance d'une machine électrique tournante (10) pour véhicule automobile lors d'une phase d'assistance en couple d'un moteur thermique (11), ladite machine électrique tournante (10) comportant un stator (18) et un rotor bobiné (19) destiné à être parcouru par un courant d'excitation (lexc), caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de détermination d'une puissance électrique de consigne (Pcons), - une étape de comparaison de la puissance électrique de consigne (Pcons) avec une puissance électrique réelle (Pr) pour déterminer un écart de puissance électrique (E), - une étape de correction de l'écart de puissance électrique (E) pour obtenir un couple de consigne (Tcons), et - une étape d'application d'un couple (Tmel) par la machine électrique en fonction d'un courant d'excitation au rotor (lexc) et d'un angle d'avance (A_av) calculés à partir dudit couple de consigne (Tcons). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la puissance électrique de consigne (Pcons) est déterminée à partir d'une puissance électrique (Pecu) demandée par un calculateur moteur (15), d'un gradient de puissance (G), et de contraintes thermiques (Th). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la puissance électrique réelle (Pr) est calculée à partir d'une tension de sortie (UB+) et d'un courant de sortie (Idc) de la machine électrique tournante. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'angle d'avance (A_av) et le courant d'excitation (l_exc) sont déterminés chacun au moyen d'une cartographie (C2, C3) en fonction du couple de consigne (Tcons) préalablement normalisé et d'une vitesse de rotation (Wmel) de la machine électrique tournante (10). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le couple 30 de consigne normalisé (Tcons_norm) est égal au ratio du couple de consigne (Tcons) divisé par le couple maximal (Tmax) de la machine électrique 9 tournante (10). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le couple de consigne (Tcons) est saturé par le couple maximal (Tmax) de la machine électrique tournante (10). 5 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le couple maximal (Tmax) est déterminé au moyen d'une cartographie (C1) à partir d'une tension en sortie (UB+) de la machine électrique tournante (10). 8. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le courant d'excitation (lexc) est obtenu à partir du produit d'un courant 10 d'excitation normalisé (lexc_norm) issu de la cartographie (C3) et d'un courant maximal (lexc_max) en sortie de la machine électrique tournante. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le courant maximal (lexc_max) est déterminé au moyen d'une cartographie (C4) à partir d'une tension en sortie (UB+) de la machine électrique tournante (10). 15 10. Module de contrôle (14) pour machine électrique tournante (10) caractérisé en ce que qu'il comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle en puissance de la machine électrique tournante tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes. 20