Brevet FR3079370A1 — publié le 20190927

I PROCÉDÉ DE COMPENSATION DE DURÉE DE TEMPS MORTS D'UN ONDULEUR D'UNE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE La présente invention porte sur un procédé de compensation de durée de temps morts d'un onduleur d'une machine électrique tournante. De façon connue en soi, une machine électrique réversible peut être accouplée au moteur thermique, notamment 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 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. 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. La machine électrique tournante comporte un onduleur commandé par modulation de largeur d'impulsion. A cet effet, l'onduleur présente des bras (un par phase) comportant chacun deux éléments de commutation. On distingue ainsi un élément de commutation bas LS et un élément de commutation haut HS (cf. figure 1) permettant de relier sélectivement une phase correspondante du stator à la masse ou à la tension d'alimentation Vdc de la batterie en fonction de leur état passant ou bloqué. Les éléments de commutation sont de préférence des transistors de puissance de type MOSFET. 2 Comme on peut le voir sur la figure 1, lors d'une commutation se produisant sur une période de découpage Tdec, l'interrupteur haut HS va passer à l'état ouvert tandis l'interrupteur bas LS va passer à l'état fermé. Sur une durée de transition Ttm, dite durée de temps mort, les deux interrupteurs LS, HS sont 5 ouverts simultanément afin d'éviter un court-circuit. Or, pour certains onduleurs ayant une proportion importante de durées de temps morts à fréquence élevée, les commandes appliquées à la machine électrique pour obtenir un couple donné en mode moteur ne permettent pas d'obtenir le couple souhaité. Ce problème se pose en particulier sur les 10 architectures en boucle ouverte sans retour d'information sur les courants de phases. L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un procédé de pilotage d'une machine électrique tournante lors d'une phase de démarrage d'un moteur thermique accouplé à ladite machine électrique 15 tournante, ladite machine électrique tournante comportant un rotor bobiné et un stator, ledit stator comportant des phases connectées à un onduleur commandé par modulation de largeur d'impulsion, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de génération d'une tension ondulée de référence en fonction 20 d'un couple demandé par un calculateur moteur et d'une vitesse de rotation de la machine électrique tournante, - une étape d'estimation d'un courant ondulé appliqué aux phases du stator, - une étape de détermination d'un paramètre lié à une durée de temps mort de l'onduleur, 25 - une étape de détermination d'une tension ondulée modifiée à partir de la tension ondulée de référence, du paramètre lié à la durée de temps mort de l'onduleur, et du courant ondulé estimé appliqué aux phases du stator, et - une étape d'application aux phases du stator d'une tension correspondant à la tension ondulée modifiée. 30 Selon une mise en oeuvre, l'étape de détermination du paramètre lié à une durée de temps mort de l'onduleur met en oeuvre une première cartographie, de sorte que ledit paramètre est calculé à partir d'un taux de modulation de l'onduleur. 3 Selon une mise en oeuvre, ledit procédé comporte une étape de détermination du taux de modulation de l'onduleur mettant en oeuvre une deuxième cartographie, de sorte que ledit taux de modulation est calculé à partir d'un module de la tension ondulée de référence et d'une tension 5 d'alimentation de l'onduleur. Selon une mise en oeuvre, au moins une des première et deuxième cartographies est paramétrée en fonction du type de modulation de largeur d'impulsion appliquée à l'onduleur. Selon une mise en oeuvre, la tension ondulée modifiée est déterminée à 10 partir de la formule suivante: Vdq_mod p.Vdc = Vdq_ref d * Iclq_est Ilq_estl - Vdq_mod étant la tension ondulée modifiée, - Vdq_ref étant la tension ondulée de référence, - 13 étant le paramètre lié à la durée de temps mort de l'onduleur, - Idq_est étant le courant ondulé estimé, et 15 - Vdc étant la tension continue d'alimentation de l'onduleur. Selon une mise en oeuvre, ledit procédé comporte une étape de conversion de la tension ondulée modifiée en une consigne de tension ondulée et en un angle de déphasage de consigne mesuré entre la tension ondulée modifiée et une force électromotrice de la machine électrique tournante, pour 20 appliquer les résultats de la conversion aux phases connectées à l'onduleur. Selon une mise en oeuvre, le courant ondulé appliqué aux phases du stator est estimé à l'aide d'un algorithme de pilotage d'un mode moteur de la machine électrique tournante. Selon une mise en oeuvre, la vitesse de rotation est déterminée à l'aide de 25 capteurs analogiques à effet Hall. Selon une mise en oeuvre, la tension ondulée de référence, le courant ondulé estimé appliqué aux phases du stator, et la tension ondulée modifiée sont exprimés dans le repère de Park. 4 L'invention a également pour objet un module de contrôle pour machine électrique tournante caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de pilotage d'une machine électrique tournante tel que précédemment. 5 L'invention concerne en outre un module de contrôle pour machine électrique tournante caractérisé en ce qu'il comporte un circuit en logique programmable ou un circuit intégré configuré pour la mise en oeuvre du procédé de pilotage d'une machine électrique tournante tel que précédemment défini. 10 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. La figure 1, déjà décrite, est une représentation graphique illustrant une durée de temps mort pour un bras de l'onduleur; 15 La figure 2 est une représentation schématique fonctionnelle d'un alterno- démarreur mettant en oeuvre le procédé de compensation de durées de temps morts selon l'invention; La figure 3 est une représentation schématique fonctionnelle des principaux modules permettant la mise en oeuvre du procédé de compensation de 20 durées de temps morts selon l'invention; La figure 4 est une représentation graphique de la cartographie permettant de déterminer, en fonction du type de modulation de largeur d'impulsion, le paramètre lié à une durée de temps mort de l'onduleur à partir d'un taux de modulation de l'onduleur. 25 La figure 5 est une représentation graphique de la cartographie de surmodulation permettant de déterminer, en fonction du type de modulation de largeur d'impulsion, le taux de modulation de l'onduleur; Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d'une figure à l'autre. 5 La figure 2 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 5 10 est accouplé à un moteur thermique 11 de façon connue en soi par un système à courroie 11' ou à chaîne implanté en façade accessoires. En outre, l'alterno-démarreur 10 est apte à communiquer avec un calculateur moteur 15 suivant un protocole de communication par exemple de type LIN ("Local Interconnect Network" en anglais ou "Réseau Internet Local" en 10 français) ou CAN ("Controller Area Network" en anglais qui est un bus de système série). L'alterno-démarreur 10 pourra fonctionner en mode alternateur appelé également mode générateur ou en mode moteur. L'alterno-démarreur 10 comprend notamment une partie électrotechnique 13 15 et un module de contrôle 14. Plus précisément, la partie électrotechnique 13 comprend un élément induit 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 de phases N. Dans l'exemple considéré, le stator 18 20 comporte trois phases U, V et W. En variante, le nombre de phases N pourra être égal à 5 pour une machine pentaphasée, à 6 pour une machine de type 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. 25 Le module de contrôle 14 comprend un circuit d'excitation 141 intégrant un hacheur pour générer un courant d'excitation qui est injecté dans la bobine d'excitation 20. La mesure du courant d'excitation pourra être réalisée par exemple à l'aide d'un capteur à effet Hall. Les mesures de la position angulaire et de la vitesse angulaire Wmel du rotor 30 19 pourront être réalisées au moyen de capteurs analogiques à effet Hall H1, 6 H2, H3 et d'une cible magnétique 25 associée qui est solidaire en rotation du rotor 19. Le module de contrôle 14 comprend en outre un circuit de contrôle 142 qui pilote un onduleur 26 en fonction d'un signal de commande issu du 5 calculateur moteur 15 et reçu via un connecteur de signal 24. L'onduleur 26 commandé par modulation de largeur d'impulsion présente des bras (un par phase) comportant chacun deux éléments de commutation. On distingue ainsi un élément de commutation bas et un élément de commutation haut permettant de relier sélectivement une phase U, V, W 10 correspondante du stator 18 à la masse ou à la tension d'alimentation Vdc de la batterie 12 en fonction de leur état passant ou bloqué (cf. figure 1). Les éléments de commutation sont de préférence des transistors de puissance de type MOSFET. On décrit ci-après en référence avec les figures 3, 4, et 5, le procédé selon 15 l'invention de compensation des durées de temps morts de l'onduleur 26 de la machine électrique 10 lorsque cette dernière fonctionne en mode moteur afin de démarrer le moteur thermique 11. Le module de contrôle 14 pourra comporter une mémoire stockant des instructions logicielles pour sa mise en oeuvre. En variante, le module de 20 contrôle 14 comporte un circuit en logique programmable, par exemple sous la forme d'un FPGA (pour "Field-Programmable Gate Array" en anglais) ou CPLD (pour "Complex Programmable Logic Device" en anglais), ou un circuit intégré, par exemple un ASIC (pour "application-specific integrated circuit" en anglais) configuré pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. 25 Plus précisément, un module M1 génère une tension ondulée de référence Vdq_ref en fonction d'un couple demandé Tecu par le calculateur moteur 15 et d'une vitesse de rotation Wmel de l'alterno-démarreur 10. Le module M1 embarque un algorithme classique de pilotage d'un mode moteur de l'alterno-démarreur 10 qui permet également d'estimer un courant 30 ondulé Idq_est appliqué aux phases du stator 18. 7 Par ailleurs, le bloc fonctionnel B1 détermine un paramètre lié à une durée de temps mort de l'onduleur 26. A cet effet, le bloc B1, comporte une cartographie C1 permettant de calculer le paramètre à partir d'un taux de modulation m de l'onduleur 26. Plus précisément, cette cartographie C1 5 reçoit le taux de modulation m en entrée et génère en sortie le ratio 8/80, tel que montré sur la figure 4. On précise que 80=T_tm*f_mli avec T_tm étant une période de temps mort de l'onduleur 26 qui est issue de la documentation technique de l'onduleur et f_mli étant la fréquence de découpage de l'onduleur 26. Il suffit alors de multiplier la valeur obtenue en 10 sortie de la cartographie C1 par po pour obtenir appliqué en entrée du bloc de compensation B2. Une cartographie C2 de surmodulation permet de calculer le taux de modulation m à partir d'un module Vond de la tension ondulée de référence Vdq_ref et d'une tension d'alimentation Vdc de l'onduleur 26. Comme on 15 peut le voir sur la figure 5, la cartographie C2 détermine m en fonction de la valeur de Vond/(Vdc/2). Le module Vond est obtenu à partir de la tension Vdq_ref au moyen de la fonction M2. Les cartographies C1 et C2 sont paramétrées en fonction du type de modulation de largeur d'impulsion appliquée à l'onduleur 26. En effet, une 20 première courbe est associée à une modulation barycentrique centrée (SVM pour "Space Vector Modulation" en anglais) et une deuxième courbe est associée à une modulation à blocage de bras (DPWM pour "Discontinuous Pulse Width Modulation" en anglais). Comme on peut le voir sur la figure 3, le bloc B2 détermine une tension 25 ondulée modifiée Vdq_mod à partir de la tension ondulée de référence Vdq_ref, du paramètre lié à la durée de temps mort de l'onduleur, et du courant ondulé estimé Idq_est appliqué aux phases du stator 18. Plus précisément, le bloc B2 met en oeuvre la formule suivante: p.Vdc Vdq_mod = Vdq_ref + Ildq_estl* Iclq-est Vdq_mod étant la tension ondulée modifiée, 30 Vdq_ref étant la tension ondulée de référence, 8 13 étant le paramètre lié à la durée de temps mort de l'onduleur 26, Idq_est étant le courant ondulé estimé appliqué aux phases du stator 18, et Vdc étant la tension continue d'alimentation de l'onduleur 26. De préférence, la tension ondulée de référence Vdq_ref, le courant ondulé 5 appliqué aux phases du stator Idq_est, et la tension ondulée modifiée Vdq_mod sont exprimés dans le repère de Park. Le bloc fonctionnel B3 assure une conversion de la tension ondulée modifiée Vdq_mod en une consigne de tension ondulée Vond_cons et en un angle de déphasage de consigne Econs mesuré entre la tension ondulée et une force 10 électromotrice de la machine électrique tournante. Les résultats de la conversion sont appliqués aux phases U, V, W connectées à l'onduleur 26. A cet effet, un module M3 permet de transformer la tension ondulée modifiée Vdq_mod exprimée dans un repère cartésien en une consigne de tension ondulée Vond_cons et un angle de déphasage de consigne Econs 15 Les modules M4 et M5 appliquent respectivement une surmodulation à la tension et un déphasage de 90 degrés à l'angle issu du module M3 afin d'obtenir les résultats souhaités. 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 20 en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, REVENDICATIONS1. Procédé de pilotage d'une machine électrique tournante (10) lors d'une phase de démarrage d'un moteur thermique (11) accouplé à ladite machine électrique tournante (10), ladite machine électrique tournante (10) comportant un rotor bobiné (19) et un stator (18), ledit stator (18) comportant des phases (U, V, W) connectées à un onduleur (26) commandé par modulation de largeur d'impulsion, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de génération d'une tension ondulée de référence 10 (Vdq_ref) en fonction d'un couple demandé (Tecu) par un calculateur moteur (15) et d'une vitesse de rotation (Wmel) de la machine électrique tournante (10), - une étape d'estimation d'un courant ondulé (Idq_est) appliqué aux phases (U, V, W) du stator (18), 15 - une étape de détermination d'un paramètre (13) lié à une durée de temps mort de l'onduleur (26), - une étape de détermination d'une tension ondulée modifiée (Vdq_mod) à partir de la tension ondulée de référence (Vdq_ref), du paramètre (13) lié à la durée de temps mort de l'onduleur (26), et du courant 20 ondulé estimé (Idq_est) appliqué aux phases du stator (18), et - une étape d'application aux phases (U, V, W) du stator (18) d'une tension correspondant à la tension ondulée modifiée (Vdq_mod). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de détermination du paramètre (13) lié à une durée de temps mort de l'onduleur 25 (26) met en oeuvre une première cartographie (Cl), de sorte que ledit paramètre (13) est calculé à partir d'un taux de modulation (1-11) de l'onduleur (26). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination du taux de modulation (m) de l'onduleur (26) 30 mettant en oeuvre une deuxième cartographie (C2), de sorte que ledit taux de modulation (m) est calculé à partir d'un module de la tension ondulée de référence (Vdq_ref) et d'une tension d'alimentation (Vdc) de l'onduleur (26). 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'au moins une des première et deuxième cartographies (C1, C2) est paramétrée en fonction du type de modulation de largeur d'impulsion appliquée à l'onduleur (26). 5 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la tension ondulée modifiée (Vdq_mod) est déterminée à partir de la formule suivante: p.Vdc Vdq_mod = Vdq_ref d * Iclq_est Ilq_estl - Vdq_mod étant la tension ondulée modifiée, - Vdq_ref étant la tension ondulée de référence, 10-13 étant le paramètre lié à la durée de temps mort de l'onduleur (26), - Idq_est étant le courant ondulé estimé, et - Vdc étant la tension continue d'alimentation de l'onduleur (26). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de conversion de la tension ondulée modifiée (Vond_mod) en une consigne de tension ondulée (Vond_cons) et en un angle de déphasage de consigne (ôcons) mesuré entre la tension ondulée modifiée et une force électromotrice de la machine électrique tournante (10), pour appliquer les résultats de la conversion aux phases (U, V, W) connectées à l'onduleur (26). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le courant ondulé (Idq_est) appliqué aux phases (U, V, W) du stator (18) est estimé à l'aide d'un algorithme de pilotage d'un mode moteur de la machine électrique tournante (10). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la vitesse de rotation est déterminée à l'aide de capteurs analogiques à effet Hall (H1, H2, H3). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la tension ondulée de référence (Vond_ref), le courant 11 ondulé estimé (Idq_est) appliqué aux phases (U, V, W) du stator (18), et la tension ondulée modifiée (Vdq_mod) sont exprimés dans le repère de Park. 10. Module de contrôle (14) pour machine électrique tournante (10) caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire stockant des instructions 5 logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de pilotage d'une machine électrique tournante tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 11. Module de contrôle (14) pour machine électrique tournante caractérisé en ce qu'il comporte un circuit en logique programmable ou un 10 circuit intégré configuré pour la mise en oeuvre du procédé de pilotage d'une machine électrique tournante tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.