EP3016816A1 - Procede de commande d'un groupe motopropulseur electrique optimisant la phase d'utilisation a faible vitesse - Google Patents

Procede de commande d'un groupe motopropulseur electrique optimisant la phase d'utilisation a faible vitesse

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EP3016816A1
EP3016816A1 EP14750535.8A EP14750535A EP3016816A1 EP 3016816 A1 EP3016816 A1 EP 3016816A1 EP 14750535 A EP14750535 A EP 14750535A EP 3016816 A1 EP3016816 A1 EP 3016816A1
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EP
European Patent Office
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torque
operating range
threshold
temperature
power circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14750535.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Emmanuel Buis
Hatem Cherouat
Richard Pothin
Marco Marsilia
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP3016816A1 publication Critical patent/EP3016816A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to the field of electric or hybrid vehicles. It relates more particularly to a method for controlling an electric powertrain of such a vehicle, of the type comprising an electric motor capable of transmitting a driving torque to wheels of said vehicle according to a motor torque setpoint supplied to an electronic power circuit. managing the power supply of said electric motor, the method being of the type in which the temperature of said electronic power circuit is monitored and a reduction in the motor torque setpoint is imposed if the thermal limits of said electronic power circuit are exceeded.
  • FIG. 1 shows an arrangement of a powertrain in the context of electric or hybrid motor vehicles.
  • the powertrain 10 is an electric powertrain which comprises an electric motor 1 1, which is rotatably connected to a transmission 12 for transmitting the torque of the electric motor to the wheels 13 of the vehicle.
  • the transmission 12 may for example consist of any reduction device.
  • the electric motor 1 1 is powered by a high voltage battery 14 via an electronic power circuit 15 essentially acting as an inverter for example, able to convert the DC voltage of the battery into a polyphase voltage of output delivered to the motor 1 1.
  • the inverter comprises, for each output phase, at least two controllable switches for converting a DC voltage to an AC voltage.
  • Each switch of the inverter is, for example, a bipolar transistor insulated gate, also called transistor IGBT (English Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • the power electronic circuit 15 is controlled by an electronic control module 16, designed to provide motor control. More particularly, the electric motor control can interpret the will of the driver, typically resulting in the position of an accelerator control member and / or brake, including a pedal, positive or negative torque instructions. This motor torque setpoint is then provided by the electronic control module to the electronic power circuit, which ensures the development of the corresponding electrical setpoint quantities (voltage and current). The electric motor then converts the electrical power into mechanical power and finally, the engine torque is transmitted to the vehicle wheels via the transmission.
  • the electric powertrain can be used over a relatively wide operating range (speed, torque).
  • speed, torque the thermal limitations of the electric machine or the power electronic circuit may restrict this range of operation, particularly at low speed with respect to the electronic power circuit.
  • the transition to "derating" mode is therefore based on a thermal monitoring of the electronic power circuit managing the power supply of the electric motor.
  • This monitoring is performed generally, either by means of a single sensor implemented in the median position on the power electronic circuit board so as to monitor the overall thermal evolution of the latter, or by means of several sensors respectively implemented at level of each of the components of the inverter to ensure fine monitoring in cases where the temperature between the components is not homogeneous, this is the case especially at low speed where the phases of the inverter are not solicited in the same way.
  • Document US 2004/0178754 also discloses a strategy for controlling the converter providing the ripple function, in which the torque setpoint is not reduced when the temperature estimate of the switches is greater than the maximum temperature limit of junction.
  • This control strategy is based on a specific control mode of the arms of the inverter, consisting of changing the arm of the inverter in which the current passes in order to reduce the thermal load of the switch concerned.
  • This drive mode of the inverter involves a slight rotation of the electric machine +/- 60 ° electric, which makes the machine turns a little more than necessary, resulting in a few twists in the ground connection resulting in by vibrations, to the detriment of driving pleasure for the driver.
  • an object of the invention is to provide a control method of an electric powertrain that overcomes the disadvantages mentioned above in use conditions where the thermal stress of the power electronics is critical.
  • an object of the invention is to provide a control method of an electric powertrain to optimize its phase of low-speed use associated in particular with a large torque demand, and thus increase its availability for the driver.
  • the method of the invention is essentially characterized in that it comprises the following steps:
  • the steps of the method according to the invention thus make it possible to better manage the use of the electric powertrain in the low speed taxiing phases (since it is at low speed) where the torque demand is high (ie steep slope), by making it possible to set up a preventive strategy for limiting the torque setpoint before reaching the thermal limitations of the power electronics, in which the decrease in the torque setpoint is achieved gradually, unlike the prior art where this reduction in the framework of the known "derating" strategies is brutal, preventing to stay in the ramp.
  • This feature of the invention makes it possible to induce the driver not to remain in the predetermined operating range which is potentially dangerous for the integrity of the power electronics and to guarantee at least a fast re-acceleration performance of the vehicle in the ramps after the activation of the preventive strategy of the progressive decrease of torque, without exceeding the thermal limits of the power electronics.
  • a step of detecting the position of an accelerator and / or brake control member following the activation of said progressive decrease in said torque set point can be implemented, conditioning a return to a mode of operating outside said predetermined operating range before reaching said thermal limits;
  • the return condition can be enabled when a torque greater than said stored value is detected
  • the return condition can be validated when the detected engine speed is greater than a second engine speed threshold greater than said first engine speed threshold;
  • the return condition can be validated when the detected engine torque is lower than a second engine torque threshold, lower than said first threshold;
  • said progressive decrease in said torque setpoint can be activated as soon as the temperature estimate of said electronic power circuit becomes greater than a first temperature threshold equal to a second maximum temperature threshold corresponding to said thermal limits of said electronic circuit of said power, reduced by a predefined margin value, adapted to allow operation of said motor in said predetermined operating range before reaching said thermal limits;
  • the temperature estimate of said electronic power circuit can be monitored with respect to said second maximum temperature threshold during a given time interval;
  • the estimation of the temperature of said electronic power circuit can be provided by means of a programmed delay according to a first value representative of said first temperature threshold and according to a second value representative of said second maximum temperature threshold;
  • the duration of the programmed delay is reduced by the time spent in the predetermined operating range when returning to an operating mode outside this predetermined operating range.
  • the duration of the programmed delay decreases progressively in the predetermined operating range as soon as the engine torque is maintained above a third threshold of engine torque greater than the first threshold, in other words the expiry of the programmed delay in this critical zone portion of said operating range, is accelerated.
  • the programmed delay time when returning to a mode of operation outside said predetermined operating range, is progressively increased up to a maximum value equal to the maximum holding time in said predetermined operating range without the need for a decrease. of couple.
  • FIG. 1 is a schematic representation of the elements of an electric or hybrid vehicle in which is implemented the invention and has already been described;
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the definition of the operating torque-engine speed range in which one activates the preventive strategy of progressive limitation of the torque setpoint according to the invention
  • FIG. 3 illustrates a logic diagram describing the operation of the control method of the invention according to a first embodiment
  • FIG. 4 illustrates a logic diagram describing the operation of the control method of the invention according to a second embodiment
  • FIG. 5 shows the evolution of a delay time of a "derating" as a function of time.
  • the activation of the control strategy according to the invention is carried out on the basis of an input detection criterion in a high torque and low speed operation range. of the electric motor, where the electronic power circuit managing the power supply of the motor undergoes a significant heating which can damage it.
  • this operating range Z is defined by a first programmable motor torque threshold C1 and a first engine speed threshold N1, which torque and speed thresholds thus defining the limits of the operating range with high torque and low speed. It also sets a second motor torque threshold C2 equal to the first motor torque threshold 01 minus a certain torque value and a second motor speed threshold N2 equal to the first motor speed threshold N1 increased by a certain power value. , to define conditions for the output of the operating range Z. The condition of the transition on these second thresholds 02 and N2 then creates a hysteresis on the output of the operating range Z with high torque and low speed with respect to the input into this operating range.
  • a decision module is arranged, for example by means of a microprocessor and a digital memory, to execute the method described with reference to FIG.
  • the control method comprises an initial step 100, in which the electronic power circuit is in a nominal thermal state. From step 100, in a use case where the vehicle climbs a steep slope and where the driver tries to keep the vehicle in the ramp, a torque detection and engine speed validates a transition 101 as soon as the couple motor C is greater than the first predefined torque threshold 01 and that the engine speed is lower than the first predefined speed threshold N1, are:
  • an input in the operating range Z is detected.
  • the storage of the motor torque Cmem at the input of the operating range Z is then carried out, corresponding to the value of torque necessary to maintain in the ramp.
  • an estimate of the temperature of the electronic power circuit and, in particular, an estimate of the junction temperature of the IGBT components TJGBT, greater than a first temperature threshold T_IGBT_max_marge validates a transition 102.
  • the decision module is provided with a junction temperature model of the IGBT components of the electronic power circuit.
  • sensors capable of measuring the temperature of the IGBT components can be used to perform the temperature estimation.
  • the first temperature threshold which is monitored when the input in the operating range Z is detected, is equal to a temperature threshold providing a certain margin with respect to a second maximum temperature threshold T_IGBT_max_absolute, corresponding to the thermal limits of the electronic power circuit.
  • the second maximum temperature threshold defines the maximum temperature that must not exceed the junction temperature of the IGBT components to ensure the durability of the electronic power circuit and the first temperature threshold is equal to this second threshold of maximum temperature, minus a predefined margin value, to allow the motor to operate in the operating range Z for a few moments, typically a few seconds, especially at zero speed and high torque, without compromising the integrity of the electronic power, before reaching the maximum temperature threshold.
  • This margin value may for example be characterized on an organ bench.
  • a validation of the transitions 101 and 102 then activates a state change step 103 in which a progressive decrease in the motor torque setpoint is made linearly along a progressive k1 slope (progressive derating).
  • the preventive activation of this progressive decrease in the engine torque setpoint when the temperature of the electronic power circuit approaches the acceptable thermal limits, causing a reaction of the driver makes it possible for the driver not to stay within the range of Z-operation, potentially damaging to the IGBT components, while the delay of additional operation of the engine in this range of operation, provided by the preset margin value, must allow the vehicle to be able to take off again quickly at the onset of the gradual decrease in torque, especially in the case where the driver lifts the foot of the accelerator pedal and depresses the brake pedal or, on the contrary, depresses the accelerator pedal enough.
  • the temperature of the electronic power circuit is monitored, no longer with respect to the first margin temperature threshold, but with respect to the second maximum temperature threshold T_IGBT_max_absolute, corresponding to the thermal limits. the electronic power circuit, allowing precisely to take advantage of this margin to give the driver the opportunity to take off again quickly, while allowing not to exceed these thermal limits.
  • three distinct behaviors can be distinguished on the part of the driver at step 103 during the appearance of the progressive decrease in the torque setpoint, following which, as the torque decreases, the vehicle can no longer maintain itself in the vehicle. the ramp.
  • the driver lifts his foot off the accelerator pedal and depresses the brake pedal, which allows the IGBT components to cool.
  • the driver depresses the accelerator pedal further to attempt to take off, which allows the torque to be greater than the stored torque value Cmem input of the operating range Z, corresponding to the necessary torque maintaining the vehicle in the ramp, the value of the torque required for relaunching being calculated by adding a programmable deviation ⁇ to the said memorized torque value Cmem, suitable for allowing the vehicle to take off.
  • the speed reached normally makes it possible to leave the operating range Z, since at higher speed, the IGBT components heat up less for the same torque.
  • the driver lets the vehicle back in the ramp iso-position of the accelerator pedal until out of the operating range via the speed threshold.
  • an output detection of the operating range Z validates a transition 104 as soon as the regime motor is greater than the second predefined speed threshold N2, or that the engine torque C is lower than the second predetermined torque threshold C2 or the engine torque is greater than the torque value stored at the input of the operating range Z, according to the behavior adopted by the driver, these conditions of output of the operating range Z thus resulting in:
  • a validation of the transition 104 then activates a return to the initial step 100, where the system returns to the nominal state, that is to say without progressive "derating".
  • the threshold value with respect to which the temperature estimate of the electronic power circuit is monitored is reset to the first threshold value with margin is T_IGBT_max_marge.
  • FIG. 4 illustrates a variant where the estimation of the temperature of the electronic power circuit is provided by means of a suitable delay, which replaces the use of the junction temperature model of the IGBT components, for example if the latter does not is not available.
  • a first delay value x1 with a margin for example equal to approximately 2 seconds
  • a second maximum delay value x2 without margin for example equal to 3 seconds, respectively representative of the first and second thresholds.
  • the first timeout value with margin is programmed to allow, once reached, operating a few seconds in the operating range Z, especially at zero speed and high torque, before reaching the thermal limits of the electronic power circuit.
  • this timeout value with margin can be determined according to external parameters, such as the outside temperature, for example.
  • step 103 we monitor the second maximum delay value, representative of the thermal limits of the electronic power circuit and allowing to remain in the operating range Z, thus providing a time interval which must allow not to exceed the thermal limits, but nevertheless to be able to take off again, as previously explained with reference to FIG.
  • the timer is reset to zero after a certain time corresponding to the time required for the return of the IGBT components in their nominal thermal state.
  • the delay time T of the input in the step 103 implementing the progressive derating, activated as soon as the input in the critical zone Z is detected varies in function of the time spent in the nominal state of step 100, the time spent in a first portion CZ1 of the critical zone Z and the time spent in a second portion CZ2 of the critical zone Z.
  • the critical zone Z is cut into two portions:
  • the zone CZ1 corresponding to a first portion of the critical zone Z in which the speed N is less than N1 and the engine torque greater than C1 but less than a torque C3, for example equal to 1,
  • zone CZ2 corresponding to a second portion of the critical zone Z in which the speed N is less than N1 and the engine torque greater than C3; this zone CZ2 corresponds to a more critical operating zone than CZ1 concerning heating of the components of the inverter and requesting an imminent "derating" activation.
  • the delay time T is a variable always positive or nil, less than or equal to a maximum duration of max (T) temponation corresponding to the maximum holding time in the critical zone CZ1 without the need for derating.
  • the "derating" that is to say the reduction in torque of step 103, is applied.
  • This delay time is comparable to an estimate of the temperature of the inverter: in fact, the shorter this time, the closer the temperature of the inverter approaches its thermal limits.
  • this duration is representative of the temperature of the inverter between T_IGBT_max_marge and T_IGBT_max_absolue.
  • the delay time T is reduced by the time spent in this zone CZ1 at the moment when the current timer is deactivated, that is to say at the return to the nominal state: thus, if we go back to zone CZ1, the "derating" will be implemented more quickly.
  • the delay time T decreases with a constant slope as long as one remains in this critical zone CZ2, and at the moment when the current delay is deactivated, the delay time T is further reduced by the time spent in this zone CZ2: thus if one returns to the zone CZ1 or CZ2 again, the "derating" will be implemented even more quickly.
  • the delay time T when the delay time T is less than Max (T) and when it is in the nominal state, the delay time T increases with a constant slope until Max (T) at best, in order to take into account cooling of the components of the inverter.
  • the delay time T is Max (T) and is not modified when passing through the critical zone CZ1 and when there is remains without, however, going to step 103.
  • the delay time T On leaving the critical zone CZ1, in this example of use, it returns to the nominal state but the delay time T has been reduced by the time previously spent in the critical zone CZ1. This delay time T re-increases then becomes constant as we go back to the critical zone CZ1.
  • the delay time T has been further reduced by the time spent in this new critical zone CZ1, but gradually increases again to Max (T). thanks to a longer stabilization in the nominal state.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de commande d'un groupe motopropulseur électrique (10) d'un véhicule automobile, comprenant un moteur électrique (11) commandé par une électronique de puissance (15) suivant une consigne de couple, dans lequel on impose une diminution de la consigne de couple en cas de dépassement des limites thermiques de l'électronique de puissance. Selon l'invention on détermine des premiers seuils de couple et de régime moteur délimitant une plage de fonctionnement respectivement à fort couple et faible régime dans laquelle l'électronique de puissance (15) est susceptible de subir un échauffement entraînant un dépassement desdites limites thermiques; on détecte l'entrée dans ladite plage de fonctionnement; on active une diminution progressive de ladite consigne de couple de manière linéaire, suite à la détection qu'une estimation de la température dudit circuit électronique de puissance se rapproche desdites limites thermiques.

Description

Procédé de commande d'un groupe motopropulseur électrique optimisant la phase d'utilisation à faible vitesse
La présente invention concerne le domaine des véhicules électriques ou hybrides. Elle concerne plus particulièrement un procédé de contrôle d'un groupe motopropulseur électrique d'un tel véhicule, du type comprenant un moteur électrique apte à transmettre un couple moteur à des roues dudit véhicule suivant une consigne de couple moteur fournie à un circuit électronique de puissance gérant l'alimentation électrique dudit moteur électrique, le procédé étant du type dans lequel on surveille la température dudit circuit électronique de puissance et on impose une diminution de la consigne de couple moteur en cas de dépassement des limites thermiques dudit circuit électronique de puissance.
On a représenté à la figure 1 , un agencement d'un groupe motopropulseur dans le contexte des véhicules automobiles électriques ou hybrides. Le groupe motopropulseur 10 est un groupe motopropulseur électrique qui comporte un moteur électrique 1 1 , qui est lié en rotation à une transmission 12 pour transmettre le couple du moteur électrique aux roues 13 du véhicule. La transmission 12 peut par exemple être constituée d'un dispositif de réduction quelconque. Le moteur électrique 1 1 est alimentée par une batterie haute tension 14 par l'intermédiaire d'un circuit électronique de puissance 15 jouant essentiellement le rôle d'un onduleur par exemple, propre à convertir la tension continue de la batterie en une tension polyphasée de sortie délivrée au moteur 1 1 . L'onduleur comporte, pour chaque phase en sortie, au moins deux interrupteurs commandables et destinés à convertir une tension continue en une tension alternative. Chaque interrupteur de l'onduleur est, par exemple, un transistor bipolaire à grille isolée, également appelé transistor IGBT (de l'anglais Insulated Gâte Bipolar Transistor).
De manière connue, le circuit électronique de puissance 15 est commandé par un module électronique de commande 16, conçu pour assurer le contrôle moteur. Plus particulièrement, le contrôle moteur électrique permet d'interpréter la volonté du conducteur, se traduisant classiquement par la position d'un organe de commande d'accélérateur et/ou de frein, notamment une pédale, en consignes de couple positives ou négatives. Cette consigne de couple moteur est ensuite fournie par le module électronique de commande au circuit électronique de puissance, qui assure l'élaboration des grandeurs de consigne électrique (tension et courant) correspondantes. Le moteur électrique assure alors la conversion de la puissance électrique en puissance mécanique et enfin, le couple moteur est transmis aux roues du véhicule par l'intermédiaire de la transmission.
Le groupe motopropulseur électrique peut être utilisé sur une plage de fonctionnement (régime, couple) relativement étendue. Cependant, dans certains cas d'utilisation, les limitations thermiques de la machine électrique ou du circuit électronique de puissance peuvent venir restreindre cette plage de fonctionnement, en particulier à faible vitesse en ce qui concerne le circuit électronique de puissance.
Notamment, lorsque l'utilisateur monte une pente allant jusqu'à 30%, (d'où le terme « se maintenir dans la rampe » dans le reste de la présente description), la vitesse du véhicule est faible, mais le couple demandé au moteur électrique est important. Comme la machine électrique tourne à faible vitesse et que la demande de couple est importante, l'intensité du courant circulant dans la machine électrique et donc dans le circuit électronique de puissance est importante. Dans ces conditions, les transistors IGBT utilisés comme interrupteurs électroniques dans le montage de l'onduleur, ainsi que les diodes de l'onduleur, peuvent connaître un échauffement important. Un tel échauffement conduit alors à diminuer très fortement la demande de couple au moteur afin d'éviter la dégradation des composants du circuit électronique de puissance (passage en mode « derating » selon une terminologie anglo- saxonne).
Le passage en mode « derating » est donc basée sur une surveillance thermique du circuit électronique de puissance gérant l'alimentation du moteur électrique. Cette surveillance est effectuée de manière générale, soit au moyen d'un unique capteur implémenté en position médiane sur la carte du circuit électronique de puissance de façon à surveiller l'évolution thermique globale de ce dernier, soit au moyen de plusieurs capteurs implémentés respectivement au niveau de chacun des composants de l'onduleur afin d'assurer une surveillance fine dans les cas où la température entre les composants n'est pas homogène, ce qui est le cas notamment à faible vitesse où les phases de l'onduleur ne sont pas sollicitées de la même façon.
Comme expliqué précédemment, en cas de dépassement des limites maximales de température acceptables pour le circuit électronique de puissance, il est usuel de diminuer rapidement (typiquement, en quelques millisecondes) le couple disponible et de rester à une valeur de couple minimale prédéfinie le temps nécessaire pour restaurer les valeurs nominales de température pour l'électronique de puissance. L'inconvénient de cette solution est que lorsqu'on passe en mode « derating », la diminution de couple est brutale et le conducteur ne peut plus se maintenir dans la rampe (il doit appuyer sur la pédale de frein) et doit attendre un certains temps correspondant au temps nécessaire pour le refroidissement de l'électronique de puissance avant de pouvoir ré-accélérer (« décoller »).
On connaît également du document US 2004/0178754, une stratégie de commande du convertisseur assurant la fonction d'ondulation, dans laquelle on ne réduit pas la consigne de couple lorsque l'estimation de température des interrupteurs est supérieure à la limite maximale de température de jonction. Cette stratégie de commande est basée sur un mode de pilotage spécifique des bras de l'onduleur, consistant à changer le bras de l'onduleur dans lequel le courant passe afin de diminuer la sollicitation thermique de l'interrupteur concerné. Ce mode de pilotage de l'onduleur implique toutefois une légère rotation de la machine électrique de +/- 60° électrique, ce qui fait que la machine tourne un peu plus que nécessaire, entraînant quelques torsions au niveau de la liaison au sol se traduisant par des vibrations, au détriment de l'agrément de conduite pour le conducteur.
Dans ce contexte, un but de l'invention est de proposer un procédé de commande d'un groupe motopropulseur électrique palliant les inconvénients précédemment évoqués en conditions d'utilisation où la sollicitation thermique de l'électronique de puissance est critique. En particulier, un but de l'invention est de proposer un procédé de commande d'un groupe motopropulseur électrique permettant d'optimiser sa phase d'utilisation à basse vitesse associée notamment à une demande de couple importante, et d'augmenter ainsi sa disponibilité pour le conducteur. A cette fin, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- détermination de premiers seuils de couple et de régime moteur aptes à délimiter une plage de fonctionnement dudit moteur respectivement à fort couple et faible régime dans laquelle ledit circuit électronique de puissance subit un échauffement important susceptible de provoquer un dépassement desdites limites thermiques ;
détection d'une entrée dans ladite plage de fonctionnement prédéterminée ;
- mémorisation de la valeur de couple moteur lors de l'entrée dans ladite plage de fonctionnement prédéterminée ;
- activation d'une diminution progressive de ladite consigne de couple de manière linéaire, suite à la détection qu'une estimation de la température dudit circuit électronique de puissance se rapproche desdites limites thermiques, ladite estimation de la température dudit circuit électronique de puissance étant fournie au moyen d'une temporisation programmée.
Les étapes du procédé selon l'invention permettent ainsi de mieux gérer l'utilisation du groupe motopropulseur électrique dans les phases de roulage à faible vitesse (puisqu'on est à faible régime) où la demande de couple est forte (i.e. forte pente), en permettant de mettre en place une stratégie préventive de limitation de la consigne de couple avant d'atteindre les limitations thermiques de l'électronique de puissance, dans laquelle la diminution de la consigne de couple est réalisée de façon progressive, au contraire de l'art antérieur où cette diminution dans le cadre des stratégies de « derating » connues est brutale, empêchant de se maintenir dans la rampe. Cette caractéristique de l'invention permet d'inciter le conducteur à ne pas rester dans la plage de fonctionnement prédéterminée potentiellement dangereuse pour l'intégrité de l'électronique de puissance et de garantir au minimum une prestation de ré-accélération rapide du véhicule dans la rampe après l'activation de la stratégie préventive de la diminution progressive de couple, sans toutefois dépasser les limites thermiques de l'électronique de puissance.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses du procédé conforme à l'invention, prises isolément ou en combinaison : - une étape de détection de la position d'un organe de commande d'accélérateur et/ou de frein suite à l'activation de ladite diminution progressive de ladite consigne de couple, peut être mise en œuvre, conditionnant un retour dans un mode de fonctionnement hors de ladite plage de fonctionnement prédéterminée avant d'atteindre lesdites limites thermiques ;
- la condition de retour peut être validée lorsqu'un couple supérieur à ladite valeur mémorisée est détecté ;
- la condition de retour peut être validée lorsque le régime moteur détecté est supérieur à un second seuil de régime moteur, supérieur audit premier seuil de régime moteur ;
- la condition de retour peut être validée lorsque le couple moteur détecté est inférieur à un second seuil de couple moteur, inférieur audit premier seuil ;
- ladite diminution progressive de ladite consigne de couple peut être activée dès que l'estimation de la température dudit circuit électronique de puissance devient supérieure à un premier seuil de température égal à un second seuil de température maximal correspondant aux dites limites thermiques dudit circuit électronique de puissance, diminué d'une valeur de marge prédéfinie, propre à permettre un fonctionnement dudit moteur dans ladite plage de fonctionnement prédéterminée avant d'atteindre lesdites limites thermiques ;
- lorsque ladite diminution progressive de ladite consigne de couple est activée, l'estimation de la température dudit circuit électronique de puissance peut être surveillée par rapport audit second seuil de température maximal pendant un intervalle de temps donné ;
- l'estimation de la température dudit circuit électronique de puissance peut être fournie au moyen d'une temporisation programmée selon une première valeur représentative dudit premier seuil de température et selon une seconde valeur représentative dudit second seuil de température maximal ;
- la durée de la temporisation programmée est diminuée du temps passé dans la plage de fonctionnement prédéterminée au retour dans un mode de fonctionnement hors de cette plage de fonctionnement prédéterminée.
- la durée de la temporisation programmée diminue progressivement dans la plage de fonctionnement prédéterminée dès que le couple moteur se maintient au-dessus d'un troisième seuil de couple moteur supérieur au premier seuil, autrement dit l'expiration de la temporisation programmée dans cette portion de zone critique de ladite plage de fonctionnement, est accélérée.
- au retour dans un mode de fonctionnement hors de ladite plage de fonctionnement prédéterminée, la durée de temporisation programmée ré- augmente progressivement jusqu'à une valeur maximum égale à la durée maximale de maintien dans ladite plage de fonctionnement prédéterminée sans besoin d'une diminution de couple.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la Figure 1 est une représentation schématique des éléments d'un véhicule électrique ou hybride dans lesquels est mise en œuvre l'invention et a déjà été décrite ;
- la Figure 2 est un schéma illustrant la définition de la plage de fonctionnement couple-régime du moteur dans laquelle on active la stratégie préventive de limitation progressive de la consigne de couple conformément à l'invention;
- la Figure 3 illustre un logigramme décrivant le fonctionnement du procédé de commande de l'invention selon un premier mode de réalisation ;
- la Figure 4 illustre un logigramme décrivant le fonctionnement du procédé de commande de l'invention selon un second mode de réalisation,
- la Figure 5 représente l'évolution d'une durée de temporisation d'un « derating » en fonction du temps.
Comme nous allons le voir dans la suite de la description, l'activation de la stratégie de commande conforme à l'invention est réalisée sur la base d'un critère de détection d'entrée dans une plage de fonctionnement à fort couple et faible régime du moteur électrique, où le circuit électronique de puissance gérant l'alimentation du moteur subit un échauffement important susceptible de l'endommager.
En référence à la figure 2, cette plage de fonctionnement Z est définie par un premier seuil de couple moteur programmable C1 et un premier seuil de régime moteur N1 , lesquels seuils de couple et de régime définissant ainsi les limites de la plage de fonctionnement à fort couple et faible régime. On fixe également un second seuil de couple moteur C2 égal au premier seuil de couple moteur 01 diminuée d'une certaine valeur de couple et un second seuil de régime moteur N2 égal au premier seuil de régime moteur N1 augmenté d'une certaine valeur de régime, pour définir des conditions pour la sortie de la plage de fonctionnement Z. La condition de la transition sur ces seconds seuils 02 et N2 crée alors un hystérésis sur la sortie de la plage de fonctionnement Z à fort couple et faible régime par rapport à l'entrée dans cette plage de fonctionnement. L'hystérésis ainsi généré permet d'éviter des activations- désactivations intempestives de la stratégie de limitation préventive de couple aux limites de la plage de fonctionnement à fort couple et faible régime. Selon un exemple de réalisation, les premier et second seuils de régime moteur sont déterminés tels que N1 =20 tr/min et N2 = 40 tr/min et les premier et second seuils de couple moteur sont déterminés tels que 01 = 100 N.m et 02 = 80 N.m.
Un module de décision est agencé, par exemple au moyen d'un microprocesseur et d'une mémoire numérique, pour exécuter le procédé décrit en référence à la figure 3.
En référence à la figure 3, le procédé de commande comprend une étape initiale 100, dans laquelle le circuit électronique de puissance se trouve dans un état thermique nominal. A partir de l'étape 100, dans un cas d'utilisation où le véhicule monte une forte pente et où le conducteur tente de maintenir le véhicule dans la rampe, une détection de couple et de régime moteur valide une transition 101 dès que le couple moteur C est supérieur au premier seuil de couple 01 prédéfini et que le régime moteur est inférieur au premier seuil de régime N1 prédéfini, soient :
|c| > ci
|N| < Ni
Dans ces conditions, une entrée dans la plage de fonctionnement Z est détectée. La mémorisation du couple moteur Cmem en entrée de la plage de fonctionnement Z est alors effectuée, correspondant à la valeur de couple nécessaire au maintient dans la rampe. A la suite de la transition 101 , une estimation de la température du circuit électronique de puissance et, en particulier, une estimation de la température de jonction des composants IGBT TJGBT, supérieure à un premier seuil de température T_IGBT_max_marge, valide une transition 102. Pour ce faire, on fournit par exemple au module de décision un modèle de température de jonction des composants IGBT du circuit électronique de puissance. En variante, on peut utiliser des capteurs propres à mesurer la température des composants IGBT pour réaliser l'estimation de température.
En effet, lorsque l'entrée dans la plage de fonctionnement Z est détectée, l'estimation de la température de jonction des composants IGBT augmente rapidement. Conformément à l'invention, le premier seuil de température, qui est surveillé lorsque l'entrée dans la plage de fonctionnement Z est détectée, est égal à un seuil de température procurant une certaine marge par rapport à un second seuil de température maximal T_IGBT_max_absolue, correspondant aux limites thermiques du circuit électronique de puissance. Plus précisément, le second seuil de température maximal définit la température maximale que ne doit pas dépasser la température de jonction des composants IGBT afin d'assurer la durabilité du circuit électronique de puissance et le premier seuil de température est donc égal à ce second seuil de température maximal, diminué d'une valeur de marge prédéfinie, devant permettre au moteur de fonctionner dans la plage de fonctionnement Z pendant quelques instants, typiquement quelques secondes, en particulier à vitesse nulle et fort couple, sans nuire à l'intégrité de l'électronique de puissance, avant d'atteindre le seuil de température maximal. Cette valeur de marge pourra par exemple être caractérisée sur banc organe.
Une validation des transitions 101 et 102 active alors une étape 103 de changement d'état dans laquelle on active une diminution progressive de la consigne de couple moteur de manière linéaire suivant une pente k1 programmable (« derating » progressif). L'activation préventive de cette diminution progressive de la consigne de couple moteur lorsque la température du circuit électronique de puissance se rapproche des limites thermiques acceptables, en entraînant une réaction du conducteur, permet d'inciter ce dernier à ne pas rester dans la plage de fonctionnement Z, potentiellement endommageant pour les composants IGBT, tandis que le délai de fonctionnement supplémentaire du moteur dans cette plage de fonctionnement, procuré grâce à la valeur de marge prédéfinie, doit permettre au véhicule de pouvoir redécoller rapidement à l'apparition de la diminution progressive de couple, en particulier dans le cas où le conducteur lève le pied de la pédale d'accélérateur et appuie sur la pédale de frein ou au contraire enfonce suffisamment la pédalé d'accélérateur. Aussi, lorsque l'on passe à l'étape 103, on surveille la température du circuit électronique de puissance, non plus par rapport au premier seuil de température avec marge, mais par rapport au second seuil de température maximal T_IGBT_max_absolue, correspondant aux limites thermiques du circuit électronique de puissance, permettant justement de profiter de cette marge pour accorder au conducteur la possibilité de redécoller rapidement, tout en permettant de ne pas dépasser ces limites thermiques.
Plus précisément, on peut distinguer trois comportements distincts de la part du conducteur à l'étape 103 lors de l'apparition de la diminution progressive de la consigne de couple, suite à laquelle, le couple diminuant, le véhicule ne peut plus se maintenir dans la rampe. Ainsi, selon un premier cas de figure, le conducteur lève le pied de la pédale d'accélérateur et appuie sur la pédale de frein, ce qui permet aux composants IGBT de refroidir. Selon un deuxième cas de figure, le conducteur enfonce davantage la pédale d'accélérateur pour tenter de décoller, ce qui permet au couple d'être supérieur à la valeur de couple mémorisée Cmem en entrée de la plage de fonctionnement Z, correspondant au couple nécessaire au maintien du véhicule dans la rampe, la valeur du couple nécessaire au redécollage étant calculée en ajoutant un écart programmable ε à la dite valeur de couple mémorisée Cmem, propre à permettre le décollage du véhicule. Dans ce cas de figure, la vitesse atteinte permet normalement de sortir de la plage de fonctionnement Z, étant donné qu'à régime plus important, les composants IGBT s'échauffent moins pour un même couple. Enfin, selon un troisième cas de figure, le conducteur laisse le véhicule reculer dans la rampe à iso-position de la pédale d'accélérateur jusqu'à permettre de sortir de la plage de fonctionnement via le seuil de régime.
A la suite de chacun de ces trois cas de figure, une détection de sortie de la plage de fonctionnement Z valide une transition 104 dès que le régime moteur est supérieur au second seuil de régime N2 prédéfini, ou que le couple moteur C est inférieur au second seuil de couple C2 prédéfini ou que le couple moteur est supérieur à la valeur de couple mémorisée en entrée de la plage de fonctionnement Z, selon le comportement adopté par le conducteur, ces conditions de sortie de la plage de fonctionnement Z se traduisant donc par :
|N| > N2, OM
|c| < C2,ou
|c| > Cmem + ε
Une validation de la transition 104 active alors un retour à l'étape initiale 100, où le système repasse à l'état nominal, c'est-à-dire sans « derating » progressif. Après un certains temps, typiquement quelques secondes, par exemple 3 secondes, correspondant au temps nécessaire au retour des composants IGBT dans leur état thermique nominal, la valeur de seuil par rapport à laquelle est surveillée l'estimation de température du circuit électronique de puissance est réinitialisée à la première valeur de seuil avec marge soit T_IGBT_max_marge.
La figure 4 illustre une variante où l'estimation de la température du circuit électronique de puissance est fournie au moyen d'une temporisation adéquate, qui remplace l'utilisation du modèle de température de jonction des composants IGBT, par exemple si ce dernier n'est pas disponible. Aussi, selon cette variante, on définit une première valeur de temporisation x1 avec marge, par exemple égale à environ 2 secondes, et une seconde valeur de temporisation maximale x2 sans marge, par exemple égale à 3 secondes, représentatives respectivement des premier et second seuils de température du circuit électronique de puissance définis précédemment en référence à la figure 3. Ainsi, lorsque le conducteur tente de se maintenir dans la rampe, à la suite de la validation de la transition 101 correspondant à la détection de l'entrée dans la plage de fonctionnement Z, une temporisation est déclenchée. Dès que la première valeur de temporisation avec marge est dépassée, une transition 102' est validée et la validation des transitions 101 et 102' active l'étape 103 mettant en œuvre le « derating » progressif de la même manière qu'expliqué précédemment en référence à la figure 3. Ainsi, la première valeur de temporisation avec marge est programmée pour permettre, une fois atteinte, de fonctionner encore quelques secondes dans la plage de fonctionnement Z, en particulier à vitesse nulle et fort couple, avant d'atteindre les limites thermiques du circuit électronique de puissance. Préférentiellement, cette valeur de temporisation avec marge pourra être déterminée en fonction de paramètres externes, tels que la température extérieure, par exemple.
Puis, lorsque l'on passe à l'étape 103, on surveille la seconde valeur de temporisation maximale, représentative des limites thermiques du circuit électronique de puissance et permettant de rester dans la plage de fonctionnement Z, fournissant ainsi un intervalle de temps qui doit permettre de ne pas dépasser les limites thermiques, mais toutefois de pouvoir redécoller, comme expliqué précédemment en référence à la figure 3.
Une fois la transition 104 validée suite à la détection de la sortie de la plage de fonctionnement Z, la temporisation est réinitialisée à zéro au bout d'un certain temps correspondant au temps nécessaire au retour des composants IGBT dans leur état thermique nominal.
En variante de réalisation, représentée à la figure 5, la durée de temporisation T de l'entrée dans l'étape 103 mettant en œuvre le « derating » progressif, activée dès la détection de l'entrée dans la zone critique Z, varie en fonction du temps passé dans l'état nominal de l'étape 100, du temps passé dans une première portion CZ1 de la zone critique Z et du temps passé dans une seconde portion CZ2 de la zone critique Z. En effet la zone critique Z est découpée en deux portions :
- La zone CZ1 correspondant à une première portion de la zone critique Z dans laquelle le régime N est inférieur à N1 et le couple moteur supérieur à C1 mais inférieur à un couple C3 par exemple égal à 1 10
N.m;
- La zone CZ2 correspondant à une seconde portion de la zone critique Z dans laquelle le régime N est inférieur à N1 et le couple moteur supérieur à C3 ; cette zone CZ2 correspond à une zone de fonctionnement plus critique que CZ1 concernant réchauffement des composants de l'onduleur et demandant une activation de « derating » imminente.
Comme cela est visible sur la figure 5, la durée de temporisation T est une variable toujours positive ou nulle, inférieure ou égale à une durée maximum de temponsation Max(T) correspondant à la durée maximale de maintien dans la zone critique CZ1 sans besoin de « derating ». Au-delà de la durée maximale Max(T) le « derating » c'est-à-dire la diminution de couple de l'étape 103, est appliquée. Cette durée de temporisation est assimilable à une estimation de la température de l'onduleur : en effet plus cette durée est faible plus la température de l'onduleur se rapproche de ses limites thermiques. Notamment cette durée est représentative de la température de l'onduleur entre T_IGBT_max_marge et T_IGBT_max_absolue.
Afin de tenir compte de réchauffement dans la zone critique CZ1 , la durée de temporisation T est diminuée du temps passé dans cette zone CZ1 au moment où la temporisation courante est désactivée, c'est-à-dire au retour à l'état nominal: ainsi si on rentre de nouveau dans la zone CZ1 , le « derating » sera mis en œuvre plus rapidement.
De même, et afin de tenir compte d'un échauffement plus important encore dans la zone critique CZ2, la durée de temporisation T diminue avec une pente constante tant que l'on reste dans cette zone critique CZ2, et au moment où la temporisation courante est désactivée, la durée de temporisation T est encore diminuée du temps passé dans cette zone CZ2 : ainsi si on rentre de nouveau dans la zone CZ1 ou CZ2, le « derating » sera mis en œuvre encore plus rapidement.
En revanche lorsque la durée de temporisation T est inférieure à Max(T) et qu'on est à l'état nominal, la durée de temporisation T augmente avec une pente constante jusqu'à Max(T) au mieux, afin de tenir compte du refroidissement des composants de l'onduleur.
Ainsi dans l'exemple d'utilisation de l'invention représentée à la figure 5, à l'état nominal la durée de temporisation T vaut Max(T) et n'est pas modifiée au passage dans la zone critique CZ1 et quand on y reste sans toutefois passer à l'étape 103. Au sortir de la zone critique CZ1 , dans cet exemple d'utilisation on repasse à l'état nominal mais la durée de temporisation T a été diminuée du temps passé précédemment dans la zone critique CZ1 . Cette durée de temporisation T ré-augmente puis devient constante au moment où l'on repasse dans la zone critique CZ1 . Au sortir de cette nouvelle zone critique CZ1 , la durée de temporisation T a encore été diminuée du temps passé dans cette nouvelle zone critique CZ1 , mais ré-augmente progressivement jusqu'à Max(T) grâce à une plus longue stabilisation à l'état nominal. Puis on passe dans une zone critique CZ2 où la durée de temporisation est diminuée jusqu'à devenir brusquement nulle au moment où l'étape 103 de « derating » est activée, car le temps passé dans cette étape CZ2 correspondait justement à la durée de temporisation T restante. La durée de temporisation maximum Max(T), ainsi que les pentes constantes de diminution et d'augmentation de la durée de temporisation lors des passages dans les zones critiques CZ2 et à l'état nominal, ainsi que les valeurs de couples C1 et C3, sont éventuellement fonction de :
- la fréquence de découpage des IGBT, réchauffement des IGBT étant d'autant plus important que cette fréquence est haute,
- et/ou la température d'un ou plusieurs composants de l'onduleur,
- et/ou la température de l'eau qui refroidit l'onduleur.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de commande d'un groupe motopropulseur électrique (10) d'un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant un moteur électrique (1 1 ) apte à transmettre un couple moteur à des roues (13) dudit véhicule suivant une consigne de couple moteur fournie à un circuit électronique de puissance (15) gérant l'alimentation électrique dudit moteur électrique (1 1 ), dans lequel on surveille la température dudit circuit électronique de puissance (15) et on impose une diminution de la consigne de couple moteur en cas de dépassement des limites thermiques dudit circuit électronique de puissance (15), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- détermination de premiers seuils de couple (C1 ) et de régime moteur (N1 ) aptes à délimiter une plage de fonctionnement (Z) dudit moteur respectivement à fort couple et faible régime dans laquelle ledit circuit électronique de puissance (15) subit un échauffement important susceptible de provoquer un dépassement desdites limites thermiques ;
détection (101 ) d'une entrée dans ladite plage de fonctionnement prédéterminée (Z) ;
- mémorisation de la valeur de couple moteur (Cmem) lors de l'entrée dans ladite plage de fonctionnement prédéterminée (Z) ;
- activation (103) d'une diminution progressive de ladite consigne de couple de manière linéaire, suite à la détection (102, 102') qu'une estimation de la température dudit circuit électronique de puissance se rapproche desdites limites thermiques, ladite estimation de la température dudit circuit électronique de puissance étant fournie au moyen d'une temporisation programmée.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détection (104) de la position d'un organe de commande d'accélérateur et/ou de frein suite à l'activation de ladite diminution progressive de ladite consigne de couple, conditionnant un retour dans un mode de fonctionnement hors de ladite plage de fonctionnement prédéterminée (Z) avant d'atteindre lesdites limites thermiques.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la condition de retour est validée lorsqu'un couple supérieur à ladite valeur mémorisée (Cmem) est détecté.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la condition de retour est validée lorsque le régime moteur (N) détecté est supérieur à un second seuil de régime moteur (N2), supérieur audit premier seuil de régime moteur (N1 ).
5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la condition de retour est validée lorsque le couple moteur (C) détecté est inférieur à un second seuil de couple moteur (C2), inférieur audit premier seuil (C1 ).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite diminution progressive de ladite consigne de couple est activée dès que l'estimation de la température dudit circuit électronique de puissance devient supérieure à un premier seuil de température (T_IGBT_max_marge) égal à un second seuil de température maximal (T_IGBT_max_absolue) correspondant aux dites limites thermiques dudit circuit électronique de puissance, diminué d'une valeur de marge prédéfinie, propre à permettre un fonctionnement dudit moteur dans ladite plage de fonctionnement prédéterminée avant d'atteindre lesdites limites thermiques.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que lorsque ladite diminution progressive de ladite consigne de couple est activée, l'estimation de la température dudit circuit électronique de puissance est surveillée par rapport audit second seuil de température maximal pendant un intervalle de temps donné.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que l'estimation de la température dudit circuit électronique de puissance est fournie au moyen d'une temporisation programmée selon une première valeur représentative dudit premier seuil de température et selon une seconde valeur représentative dudit second seuil de température maximal.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la durée de ladite temporisation programmée (T) est diminuée du temps passé dans ladite plage de fonctionnement prédéterminée (Z) au retour dans un mode de fonctionnement hors de ladite plage de fonctionnement prédéterminée (Z).
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la durée de ladite temporisation programmée (T) diminue progressivement dans ladite plage de fonctionnement prédéterminée dès que le couple moteur se maintient au-dessus d'un troisième seuil de couple moteur (C3) supérieur au premier seuil (C1 ).
1 1 . Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que au retour dans un mode de fonctionnement hors de ladite plage de fonctionnement prédéterminée (Z), ladite durée de temporisation programmée (T) ré-augmente progressivement jusqu'à une valeur maximum égale à la durée maximale de maintien dans ladite plage de fonctionnement prédéterminée (Z) sans besoin d'une diminution de couple.
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