Brevet FR3099972A1 — publié le 20210219

Description Titre de l'invention : Procédé de gestion d'un couple à fournir par un moteur électrique Domaine technique [0001] L'invention relève du domaine de la gestion d'un système électromécanique qui utilise un convertisseur, réversible ou non, de puissance électrique en couple mécanique. [0002] L'invention peut concerner plus particulièrement la gestion d'un moteur électrique, par exemple un moteur électrique utilisé pour la motorisation d'un véhicule automobile, et plus particulièrement encore un moteur électrique accouplé à un moteur thermique (véhicule dit hybride). Technique antérieure [0003] Dans un système embarqué, par exemple un véhicule automobile, un moteur électrique est alimenté en courant électrique par une batterie et transforme l'énergie électrique « stockée » dans la batterie en couple mécanique transmis aux roues du véhicule pour entrainer celui-ci. Le plus souvent, à l'inverse, le moteur électrique fonctionne également comme générateur, en transfonmun de l'énergie mécanique (lors d'un freinage ou bien fournie par un moteur thermique) en énergie électrique utilisée pour recharger la batterie. [0004] Pour ne pas endommager la batterie, il convient de limiter l'intensité du courant électrique circulant aux bornes de la batterie. L'intensité maximale (que ce soit au cours de la charge de la batterie ou bien de sa décharge) de ce courant dépend grandement de paramètres tels par exemple la température de la batterie, son état de charge, ... . Il convient de veiller à ne pas dépasser cette intensité maximale pour préserver la batterie. Un dispositif de supervision de batterie (connu sous le sigle anglais BMS pour Battery Managment System) est alors prévu pour déterminer, en fonction de paramètres tels ceux précités, et communiquer les limites d'intensité à ne pas dépasser aux bornes de la batterie. [0005] Dans un véhicule, les instructions données par le conducteur sont reçues par un système de gestion du moteur qui les « traduit » en une charge, c'est-à-dire un couple, à fournir par l'arbre moteur. Il est donc demandé au moteur électrique de fournir un couple prédéterminé. Toutefois pour une batterie, on connait le courant fourni et la tension aux bornes de la batterie, c'est-à-dire la puissance fournie par la batterie. On connait donc la puissance fournie au moteur électrique. [0006] Les constructeurs de moteurs électriques fournissent pour leurs moteurs des carto- graphies qui permettent de connaitre le rendement du moteur (rapport entre l'énergie 2 mécanique fournie en sortie et l'énergie électrique consommée) en fonction de données comme par exemple la vitesse de rotation du moteur et le couple mécanique fourni en sortie. Ces cartographies permettent alors de déterminer un couple maximum pouvant être obtenu à partir d'une puissance électrique et d'une vitesse de rotation du moteur. Cependant, ces cartographies concernent à chaque fois un type de moteur électrique et ne sont pas adaptées à un moteur en particulier, c'est-à-dire que du fait de différentes tolérances en cours de fabrication il y aura des dispersions sur les rendements (et donc aussi les couples maximum) dans un échantillon de moteurs électriques d'une même série. Ensuite, il y a aussi des dérives dans la cartographie dans le temps au cours de la vie du moteur en fonction de son mode d'utilisation, de son usure, etc' [0007] Les données qui sont obtenues sont alors approximatives et ne peuvent donc pas être utilisées lorsqu'il s'agit d'optimiser la gestion d'un véhicule hybride en tirant le meilleur parti à la fois du moteur électrique et du moteur thermique. [0008] La présente invention a alors pour but d'arriver à estimer le plus précisément possible un couple maximum disponible pouvant être fourni par un moteur électrique sans avoir à utiliser un capteur spécifique mesurant ledit couple. Exposé de l'invention [0009] 11 est proposé un procédé de gestion d'un couple à fournir sur un arbre d'un moteur électrique dans un système comportant le moteur électrique, une batterie pour alimenter le moteur électrique, un convertisseur DC/DC monté entre la batterie et le moteur ainsi qu'un dispositif dc gestion électrique. [0010] Selon la présente invention, un tel procédé comporte les étapes suivantes : [0011] - création et initialisation d'une table de données de correction, [0012] - acquisition d'une instruction de couple à exercer sur l'arbre de moteur à partir d'une unité centrale de gestion, [0013] - détermination d'une commande de couple à partir de l'instruction de couple reçue et d'une donnée dc la table de données de correction correspondante, [0014] - mesure du courant en sortie de convertisseur et mesure du courant en sortie de la batterie. [0015] - calcul d'une puissance électrique à partir des deux mesures de courant de l'étape précédente et de la tension électrique aux bornes du moteur, [0016] - détermination à partir d'une cartographie associée au moteur d'un couple cor- respondant à partir de la puissance électrique au niveau du moteur et de la vitesse de rotation du moteur, [0017] - lecture de l'information donnée par le moteur sur le couple exercé sur son arbre, [0018] - calcul de la différence entre l'information donnée par le moteur sur le couple exercé sur son arbre et le couple déterminé à partir de la puissance électrique au niveau du 3 moteur et de la cartographie associée au moteur, [0019] - mise à jour éventuelle de la table de données de correction en fonction de la différence déterminée à l'étape précédente. [0020] Grâce à la table de données de correction et à sa mise à jour continuelle, la car- tographie est adaptée en temps réel. Il est alors possible de gérer au mieux les performances du moteur et de la batterie sans risquer d'endommager cette dernière. Cette gestion améliorée permet d'optimiser l'utilisation du moteur électrique d'un véhicule hybride (et donc de limiter le rejet de CO2) sans avoir à mettre en oeuvre un nouveau capteur, comme par exemple un capteur (onéreux) de mesure du couple exercé sur l'arbre moteur. [0021] Lors de l'initialisation de la table de données de corrections, les valeurs de cette table peuvent être initialisées à 0, de préférence en usine, c'est-à-dire avant la mise en circulation du véhicule. [0022] Ce procédé de gestion peut être mis en oeuvre lorsque le moteur est utilisé en tant que moteur générant un couple sur son arbre ou bien lorsque le moteur est utilisé en tant que générateur pour recharger la batterie. [0023] Selon un autre aspect, il est proposé un programme informatique comportant des ins- tructions pour la mise en oeuvre de tout ou partie d'un procédé tel que défini dans les présentes lorsque ce programme est exécuté par un processeur. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un support d'enregistrement non transitoire, lisible par un ordinateur, sur lequel est enregistré un tel programme. [0024] La présente invention concerne également un dispositif de gestion d'un couple sur un arbre de moteur électrique comprenant une batterie et un convertisseur DCDC, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens électroniques pour la mise en oeuvre de chacune des étapes d'un procédé de gestion défini plus haut. [0025] Enfin, la présente invention concerne un véhicule muni d'un moteur électrique, ca- ractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de gestion tel que défini au paragraphe précédent. Ce véhicule peut être propulsé uniquement par un ou des moteur(s) électrique(s) ou bien il peut s'agir d'un véhicule dit hybride avec au moins un moteur électrique et un moteur thermique. Brève description des dessins [0026] D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l'amdyse des dessins annexés, sur lesquels : Fig. 1 100271 Ifig.l I montre schématiquement une alimentation d'un moteur électrique d'un véhicule hybride ; Fig. 2 100281 Ifig.21 est un exemple de diagramme courant/température montrant une zone dans laquelle doit se maintenir le courant aux bornes d'une batterie électrique ; et Fig. 3 100291 Ifig.31 est un logigramme pour un procédé de gestion de couple à fournir par le moteur de la figure 1 ; Description des modes de réalisation [0030] Le dessin et la description ci-après contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. [0031] 11 est maintenant fait référence à la figure 1. Sur cette figure est représenté un schéma qui est connu de l'homme du métier travaillant dans le domaine des véhicules mus par au moins un moteur électrique. El peut s'agir d'un véhicule hybride, c'est-à-dire un véhicule équipé, d'une part, d'un moteur thermique et, d'autre part, d'au moins un moteur électrique comme il peut aussi s'agir d'un véhicule propulsé uniquement à l'aide de moteurs électriques. Sur la figure 1, un moteur 2 correspondant au moteur électrique d'un tel véhicule est alimenté en courant continu par une première batterie 4 qui alimente en parallèle un convertisseur DCDC 6 connecté à une seconde batterie 8. 100321 La première batterie 4 est typiquement une batterie ayant initialement une tension à vide à ses bornes comprise entre 36 et 52 V. Elle comporte plusieurs cellules reliées entre elles pour fournir cette tension, ces cellules étant réparties à bord du véhicule. La première batterie 4 est représentée ici de manière simplifiée. 100331 Le convertisseur DCDC 6 est monté en parallèle de la première batterie 4 et permet de recharger la seconde batterie 8. 100341 La seconde batterie 8 fournit classiquement une tension de l'ordre de 12V et correspond à une batterie telle qu'on en trouve classiquement dans un véhicule automobile, électrique, hybride ou à moteur thermique. 100351 La structure pour l'alimentation du moteur 2 étant connue de l'homme du métier, il semble inutile de la décrire plus en détail ici. 100361 La figure 2 est un graphe avec en abscisse une intensité I (en Ampère A) et en ordonnée une température T (en degrés Celsius °C). Il est estimé que lorsque le point de fonctionnement (1, T) se trouve dans la zone 10, la première batterie 4 fonctionne normalement. En dehors de cette zone 10, la première batterie 4 peut être détériorée (perte de charge électrique, diminution des performances, ...). Il convient donc de veiller à ce que le courant circulant dans le circuit aux bornes de la première batterie 4 soit limité, en fonction de la température de fonctionnement, pour que le point de fonctionnement de la première batterie reste dans la zone 10. [0037] Le moteur 2 peut également fonctionner en générateur, par exemple lors d'une phase de décélération. Sur la figure 2, lorsque l'intensité I est positive, la première batterie 4 délivre du courant tandis que lorsque l'intensité l est négative, la première batterie 4 se recharge. [0038] La figure 3 illustre un procédé de gestion du moteur 2 pour que celui-ci fournisse un couple prédéterminé. [0039] Un fabricant 12 de moteurs électriques fournit le moteur 2 avec une première base de données 14 qui indique pour le moteur 2 l'efficacité Eff du moteur en fonction de sa vitesse de rotation et du couple en sortie. Le moteur 2 présente en effet un arbre de sortie qui a une vitesse de rotation n cm et sur lequel s'exerce un couple tq cm. [0040] Soit alors pow_em la puissance fournie au moteur 2 lorsque celui-ci fonctionne en moteur. On a alors la formule suivante : [0041] Pow cm = (pi n cm " tq cm) / 30 / Eff [0042] Où pi est le rapport du périmètre d'un cercle à son diamètre et Eff est un facteur compris entre 0 et 1. [0043] Lorsque le moteur 2 fonctionne en générateur, il fournit une puissance pow_em et on a: [0044] Pow cm = Eff " (pi * n_cm " tq cm) / 30 [0045] Cette première base de données 14 est fournie par le fabricant. Elle correspond à des mesures faites sur banc d'essai. Cette hase de données n'est pas propre au moteur 2 niais elle est commune à tous les moteurs de même type que le moteur 2 fabriqués par le fabricant 12. Ainsi cette base de données ne peut être parfaitement exacte du fait des tolérances de fabrication sur les moteurs produits par le fabricant 12. En outre, au cours de la vie du moteur 2, ses caractéristiques changent. [0046] On suppose maintenant que le moteur 2 est utilisé comme moteur pour simplifier la description et ne pas systématiquement prévoir deux cas en parallèle. Un raisonnement similaire à celui qui va être présenté ci-après peut être tenu pour un moteur 2 fonctionnant en générateur. [0047] La première base de données 14 est utilisée pour réaliser une cartographie 3D qui permet de déterminer un couple tq_em en fonction de la puissance pow_em fournie au moteur 2, de la vitesse de rotation n_em du moteur et de la tension v_em aux bornes du moteur 2. [0048] Une première étape 100 est une étape de création et d'initialisation d'une seconde base de données, appelée base de données de correction. Les données dans cette base de données sont par exemple toutes mises à zéro (0) lors de l'initialisation de cette base de données. On suppose alors que la cartographie qui a été réalisée est exacte pour le moteur 2. Cette cartographie peut être considérée comme une fonction map_mot qui a trois données en entrée : la puissance électrique fournie au moteur 2, sa vitesse de sortie et la tension électrique aux bornes du moteur 2 tandis que la base de données de 6 correction peut être considérée comme une fonction rnot crr qui a les mêmes trois données en entrée : la puissance électrique fournie au moteur 2, sa vitesse de sortie et la tension électrique aux bornes du moteur 2. [0049] Une deuxième étape 102 prévoit de déterminer le couple maximal tq_mot_lim pouvant être exercé par le moteur 2. Ce couple est déterminé en fonction de l'intensité maximale que peut fournir la première batterie 4. À partir de cette intensité, qui dépend de plusieurs paramètres comme par exemple la température, l'état de charge et l'état de santé de la première batterie 4, une puissance maximale pow_mot_lim peut être fournie au moteur 2. La cartographie 3D permet de déterminer une valeur pour tq_mot_lim : [0050] Tq mot lim = map mot (pow mot lim, n cm, v em) [0051] En effet, de manière classique, on trouve sur un véhicule avec au moins un moteur électrique des capteurs qui permettent de déterminer la température, la vitesse de rotation du moteur électrique et la tension aux bornes du moteur. [0052] Comme indiqué plus haut, la valeur donnée par la cartographie 3D est une valeur ap- proximative. Il est donc prévu, dans une troisième étape 104, de lui appliquer une correction tq mot crr qui est extraite de la base de données de correction. Les données dans cette dernière évoluent dans le temps comme expliqué plus loin. [0053] On aura : tq mot crr = mot en. (pow mot lirn, n cm, v ern) [0054] Avec cc terme correctif, on peut alors, au cours d'une quatrième étape 106, dé- terminer un couple corrigé tq_mot_lim_corr : [0055] tq_mot_lim_corr = tq_mot_lim + tq_mot_err [0056] Un système de gestion du véhicule détermine en permanence un couple tq_em_pt que le moteur 2 comme consigne de couple à exercer. Un système de gestion du moteur 2 électrique détermine quel couple le moteur 2 devra exercer. Il convient ici de tenir compte des caractéristiques de la première batterie 4 afin de ne pas risquer de la détériorer. Au cours d'une cinquième étape 108, la consigne à envoyer au moteur 2, tq_em_sp est déterminée comme étant la valeur minimale entre tq_em_pt, d'une part, et tq_mot_lim_con-, d'autre part. [0057] Cette valeur consigne tq_em_sp est alors fournie au moteur 2. [0058] En continu (opération 200), au niveau de la première batterie 4 et du convertisseur DCDC 6, le système de gestion du véhicule mesure, d'une part, le courant circulant dans la première batterie cur_bat ainsi que le courant consommé par le convertisseur DCDC 6, c'est-à-dire cur_dcdc. La connaissance de ces deux courants permet de déterminer le courant électrique alimentant le moteur 2, courant appelé cur_em. [0059] À partir de cette valeur de courant cur_em, connaissant v_em, il est possible de dé- terminer la puissance pow_em fournie au moteur 2 (opération 202) : [0060] Pow_em = cur_em v_em 7 [0061] La cartographie 3D, obtenue à partir de la base de données du fabricant, donne une indication de couple basée sur la mesure de puissance électrique : tq mot mes. [0062] Une opération 204 donne alors cette indication de couple : [0063] tq mot mes = map mot (pow, n cm, v em) [0064] Dc manière classique, le moteur 2 donne au système de gestion une information sur le couple fourni : TQ_EM_PHY (opération 206). [0065] Au cours d'une sixième étape 110, on regarde la différence entre le couple estimé selon les mesures de courant et de tension faites (tq mot mes) et le couple fourni par le moteur TQ EM PHY. [0066] Soit alors tq crr = TQ_EM_PHY - tq mot mes [0067] Si cette valeur est nulle, c'est qu'alors la consigne donnée correspond bien à cc que le moteur 2 a réalisé. [0068] Si par contre une différence est constatée, il convient de mettre à jour la hase de données de correction. Une septième étape 112 est alors prévue pour la mise à jour de la valeur tq mot err correspondant à la puissance pow mot I im, au régime moteur n cm et à la tension v cm. [0069] Dc cette manière, la hase de données de correction se complète au fur et à mesure des cycles de fonctionnement du véhicule avec le moteur 2 électrique. Ainsi la cartographie est adaptée au cours du temps grâce à l'utilisation de la hase de données de correction. [0070] 11 est ainsi possible d'exploiter au mieux les possibilités de la première batterie 4 sans risquer de la détériorer. L'utilisation du moteur 2 électrique peut ainsi être optimisée. Dans le cas d'une utilisation dans un véhicule hybride, il est ainsi possible de limiter en conséquence la consommation en carburant du moteur thermique associé au moteur 2 pour entrainer le véhicule correspondant. Les rejets de CO2 peuvent ainsi être minimisés. [0071] De la même manière, il est possible d'optimiser le fonctionnement du moteur 2 lorsque celui-ci est utilisé en générateur. On recharge ainsi mieux la batterie, ce qui augmente l'autonomie « électrique » du véhicule et limite donc aussi globalement les rejets de CO2. [0072] Cette augmentation des performances est obtenue sans avoir à rajouter des capteurs onéreux (comme par exemple un capteur de couple). [0073] De plus, un gain de temps lors la mise au point du système proposé ici est réalisé car aucun post-traitement n'est nécessaire lors de la fabrication du véhicule. [0074] La présente invention est particulièrement bien adaptée à une utilisation sur un véhicule hybride. Toutefois, elle peut trouver une application dans d'autres systèmes électromécaniques. 8 REVENDICATIONS[Revendication 1] Procédé de gestion d'un couple à fournir sur un arbre d'un moteur (2) électrique dans un système comportant le moteur (2) électrique, une batterie (4) pour alimenter le moteur électrique, un convertisseur DC! DC (6) monté entre la batterie (4) et le moteur (2) ainsi qu'un dispositif de gestion électrique, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - création et initial isation d'une table de données de correction, - acquisition d'une instruction de couple à exercer sur l'arbre de moteur à partir d'une unité centrale de gestion, - détermination d'une commande de couple à partir de l'instruction de couple reçue et d'une donnée de la table de données de correction correspondante, - mesure du courant en sortie de convertisseur et mesure du courant en sortie de la batterie, - calcul d'une puissance électrique à partir des deux mesures de courant de l'étape précédente et de la tension électrique aux bornes du moteur, - détermination à partir d'une cartographie associée au moteur d'un couple correspondant à partir de la puissance électrique au niveau du moteur et de la vitesse de rotation du moteur, - lecture de l'information donnée par le moteur sur le couple exercé sur son arbre, - calcul de la différence entre l'information donnée par le moteur sur le couple exercé sur son arbre et le couple déterminé à partir de la puissance électrique au niveau du moteur et de la cartographie associée au moteur, - mise à jour éventuelle de la table de données de correction en fonction de la différence déterminée à l'étape précédente. [Revendication 2] Procédé de gestion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les valeurs de la table de données de correction sont initialisées à 0 en usine. [Revendication 3] Procédé de gestion selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moteur est utilisé en tant que moteur générant un couple sur son arbre. [Revendication 4] Procédé de gestion selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moteur est utilisé en tant que générateur pour recharger la batterie. 9 [Revendication 5] Produit programme d'ordinateur, comprenant une série d'instructions de code pour la mise en oeuvre d'un procédé de gestion de couple d'un arbre de moteur électrique selon l'une des revendications 1 à 4, quand il est mis en oeuvre par un calculateur. [Revendication 6] Dispositif de gestion d'un couple sur un arbre de moteur électrique comprenant une batterie et un convertisseur DCDC, caractérisé en cc qu'il comporte en outre des moyens électroniques pour la mise en oeuvre de chacune des étapes d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 4. [Revendication 7] Véhicule muni d'un moteur électrique, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif selon la revendication 6.