Procédé de diagnostic électronique d’une chaîne de traction électrique pour véhicule automobile

[Domaine technique]

[0001] L’invention concerne le domaine des véhicules électriques ou hybrides et plus précisément un procédé de diagnostic pour onduleur de véhicule hybride ou électrique.

[Etat de la technique antérieure]

[0002] De manière connue, un véhicule hybride comprend une batterie, une machine électrique et un moteur thermique. La machine électrique est apte à fonctionner selon deux modes de fonctionnement : un mode de fonctionnement moteur, dans lequel la machine électrique convertit de l’énergie électrique fournie par la batterie en énergie mécanique afin de démarrer le moteur thermique, et un mode de fonctionnement générateur, dans lequel la machine électrique convertit l’énergie mécanique de rotation du moteur thermique en énergie électrique stockée dans la batterie.

[0003] Notamment, la machine électrique et la batterie permettent d’alimenter en énergie électrique le réseau électrique du véhicule afin d’alimenter en tension continue divers équipements du véhicule.

[0004] Dans le cas d’une machine électrique triphasée, la machine électrique comprend couramment trois bobines.

[0005] Afin de piloter la machine électrique, un onduleur est connecté entre la batterie et la machine électrique. Dans le cas présent, l’onduleur est apte à générer trois courants alternatifs déphasés les uns par rapport aux autres, à partir de la tension fournie par la batterie. Chaque courant alternatif généré permet d’alimenter une bobine de la machine électrique.

[0006] Pour générer les trois courants alternatifs, l’onduleur comprend trois niveaux de puissance. Chaque niveau de puissance comprend un premier transistor MOSFET dit « haut » puisque son drain est connecté à la batterie et un deuxième transistor MOSFET dit « bas » puisque sa source est reliée à la masse. Le drain du transistor bas est relié à la source du transistor haut. C’est au point milieu reliant les deux transistors qu’est généré le courant pour alimenter la bobine correspondante de la machine électrique. Les transistors utilisés peuvent également être de type bipolaire à grille isolée.

[0007] Cependant, chaque élément de la chaîne de traction s’use. Par exemple, chaque transistor, destiné à commuter de nombreuses fois, subit des pertes de commutation. Un dysfonctionnement d’un transistor pourrait entraîner le dysfonctionnement de l’onduleur. Afin de détecter un dysfonctionnement de l’onduleur, il est connu de mesurer la tension entre le drain et la source de chaque transistor MOSFET et de comparer les valeurs mesurées avec des valeurs de références. La tension entre le drain et la source est représentative de la résistance résiduelle du transistor MOSFET. En effet, un transistor grillé présente une résistance résiduelle très élevée.

[0008] De plus, des éléments usés peuvent également provoquer un bruit dérangeant pour l’utilisateur du véhicule et accroitre la consommation en énergie électrique du véhicule. Cela est par exemple le cas de l’inductance d’entrée, désignant le filtre CEM pour « Compatibilité électromagnétique », connecté à l’entrée de l’onduleur.

[0009] Il existe donc le besoin d’une solution permettant de pallier, au moins partiellement, aux inconvénients décrits précédemment.

[Exposé de l’invention]

[0010] A cette fin, l’invention concerne un procédé de diagnostic électronique d’une chaîne de traction électrique pour véhicule automobile électrique ou hybride, la chaîne de traction comprenant une batterie électrique, une machine électrique, un onduleur connecté entre la batterie et la machine électrique, et une capacité de liaison connectée en parallèle entre la batterie et l’onduleur, le procédé de diagnostic comprenant les étapes : i) de commande en continu de l’augmentation de la fréquence de pilotage de la machine électrique d’une valeur minimale vers une valeur maximale, ii) de mesure en continu de la valeur du courant entre l’ensemble comprenant la batterie et la capacité et entre l’onduleur pendant l’étape de commande, iii) de détermination de la variation de la transformée de Fourrier de la variation de courant reçue en fonction de la fréquence de pilotage, iv) pour chaque fréquence de pilotage :

1) de détection d’une anomalie si au moins une valeur de la transformée de Fourrier est hors d’un intervalle de transformée de Fourrier prédéfini pour ladite fréquence de pilotage,

2) sinon, de détermination lorsque ladite valeur de fréquence de pilotage est optimale si la valeur de la transformée de Fourrier pour ladite fréquence de pilotage est inférieure à un seuil prédéfini.

[0011] Ainsi, le procédé permet de détecter une anomalie, permettant de signifier une anomalie de dysfonctionnement de l’onduleur, à partir de la mesure de variation de courant pendant la variation de la fréquence de pilotage de la machine électrique et de la transformée de Fourrier de la variation de courant ainsi mesurée. De plus, le procédé permet également de déterminer au moins une fréquence de pilotage optimale, permettant d’obtenir un fonctionnement efficace et optimal de la machine électrique.

[0012] De préférence, le procédé comprend avant l’étape de commande de l’augmentation de la fréquence de pilotage, une étape de détection lorsque la vitesse du véhicule est sensiblement constante.

[0013] De préférence encore, le procédé comprend une phase préliminaire de détection des conditions environnementales permettant de mettre en œuvre le procédé présenté ici.

[0014] De préférence encore, la valeur minimale de la fréquence de pilotage est comprise entre 18.0 et 19.5 KHz et la valeur maximale de la fréquence de pilotage est comprise entre 20.5 et 22.0 KHz.

[0015] De manière avantageuse, la machine électrique comprenant au moins deux bobines, l’onduleur comprenant au moins deux circuits de puissance, chaque circuit de puissance comprenant un premier interrupteur dit «haut », connecté entre la batterie et un point milieu propre audit circuit de puissance, et un deuxième interrupteur dit « bas », connecté entre le point milieu et une masse, chaque circuit de puissance étant apte à fournir un courant alternatif en son point milieu , chaque circuit de puissance étant relié à une bobine de la machine électrique via son point milieu, chaque interrupteur haut et chaque interrupteur bas est caractérisé par une fréquence de commutation, l’étape de commande de la fréquence de pilotage de la machine électrique désignant l’étape de commande de la fréquence de commutation des interrupteurs de chaque circuit de puissance de l’onduleur.

[0016] L'invention concerne également un produit programme d’ordinateur remarquable en ce qu’il comporte un ensemble d’instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs, configurent le ou les processeurs pour mettre en œuvre un procédé tel que présenté précédemment.

[0017] L’invention concerne également une unité de commande d’une chaîne de traction électrique pour véhicule automobile électrique ou hybride, la chaîne de traction comprenant une batterie électrique, une machine électrique, un onduleur connecté entre la batterie et la machine électrique, et une capacité de liaison connectée en parallèle entre la batterie et l’onduleur, l’unité de commande étant apte à mettre en œuvre le procédé tel que présenté précédemment.

[0018] De préférence, la machine électrique comprenant au moins trois bobines, l’onduleur comprenant au moins trois circuits de puissance, chaque circuit de puissance comprenant un premier interrupteur dit «haut », connecté entre la batterie et un point milieu propre audit circuit de puissance, et un deuxième interrupteur dit « bas », connecté entre le point milieu et une masse, chaque circuit de puissance étant apte à fournir un courant alternatif en son point milieu, chaque circuit de puissance étant relié à une bobine de la machine électrique via son point milieu, chaque interrupteur haut et chaque interrupteur bas est caractérisé par une fréquence de commutation, l’unité de commande étant apte à mettre en œuvre le procédé tel que présenté précédemment.

[0019] L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant une chaîne de traction électrique, la chaîne de traction comprenant une batterie électrique, une machine électrique, un onduleur connecté entre la batterie et la machine électrique, une capacité de liaison connectée en parallèle entre la batterie et l’onduleur, et une unité de commande telle que présentée précédemment.

[Description des dessins]

[0020] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :

[0021] La figure 1 est une vue schématique d’une chaîne de traction électrique d’un véhicule électrique ou hybride selon l’invention.

[0022] La figure 2 est une illustration détaillée d’un onduleur et d’une machine électrique selon la figure 1.

[0023] La figure 3 est une illustration du procédé selon l’invention.

[Description des modes de réalisation]

[0024] Véhicule

[0025] Il va maintenant être présenté une forme de réalisation d’une chaîne de traction électrique pour véhicule électrique ou hybride selon l’invention. En référence à la figure 1 , la chaîne de traction comprend une batterie 10, une machine électrique M, un onduleur 20, une unité de commande 30 de l’onduleur 20 et une capacité de C20.

[0026] La batterie 10 est apte à fournir une tension continue afin d’alimenter en énergie électrique différents équipements montés dans le véhicule. Dans le cas présent, la batterie est notamment apte à alimenter la machine électrique M.

[0027] La machine électrique M désigne notamment un moteur électrique à aimant permanent lorsque le véhicule est électrique ou un moteur électrique plus communément appelé alterno-démarreur ou BSG pour « Belt Starter Generator » par l’homme du métier lorsque le véhicule est hybride.

[0028] Machine électrique M

[0029] La machine électrique M est apte à fonctionner selon deux modes de fonctionnement : un mode de fonctionnement moteur, dans lequel la machine électrique M convertit de l’énergie électrique en énergie mécanique, et un mode de fonctionnement générateur, dans lequel la machine électrique M convertit de l’énergie mécanique en énergie électrique stockée dans la batterie 10. Par exemple, si le véhicule est hybride, alors selon le mode de fonctionnement moteur, la machine électrique M convertit de l’énergie électrique en énergie mécanique afin de démarrer le moteur thermique et selon le mode de fonctionnement générateur, la machine électrique M convertit l’énergie mécanique de rotation du moteur thermique en énergie électrique stockée dans la batterie 10.

[0030] De manière usuelle, une machine électrique M comprend au moins deux phases et un nombre de bobines identique au nombre de phases. Dans l’exemple présenté ci-après, la machine électrique M est triphasée et comprend trois bobines L1 , L2, L3.

[0031] Onduleur 20

[0032] L’onduleur 20 est connecté entre la batterie 10 et la machine électrique M afin de commander la machine électrique M.

[0033] L’onduleur 20 est apte à générer au moins un courant alternatif à partir de la tension fournie par la batterie 10. Chaque courant alternatif généré par l’onduleur 20 permet d’alimenter une bobine L1 , L2, L3 de la machine électrique M. Ainsi, puisque la machine électrique M comprend trois bobines L1 , L2, L3, l’onduleur 20 est apte à générer trois courants alternatifs, déphasés entre eux.

[0034] L’unité de commande 30 est apte à commander l’onduleur 20, afin de définir la conversion de la tension entre la batterie 10 et la machine électrique M.

[0035] En référence à la figure 2, il est décrit la structure détaillée de l’onduleur 20.

[0036] Pour générer chaque courant alternatif, l’onduleur 20 comprend un circuit dit « de puissance ». Selon l’exemple présenté ici, l’onduleur 20 est apte à générer trois courants alternatifs déphasés pour alimenter la machine électrique M et l’onduleur 20 comprend donc trois circuits de puissance C1 , C2, C3.

[0037] Chaque circuit de puissance C1 , C2, C3 comprend un premier interrupteur dit « haut » Ihi , Ih2, Ih3 et un deuxième interrupteur dit « bas » In, l| ₂ , lis. [0038] Le premier interrupteur l _h i, Ih2, Ihs de chaque circuit de puissance 01 , C2, C3 est connecté entre la batterie 10 et un point milieu PM1 , PM2, PM3 propre audit circuit de puissance C1 , C2, C3.

[0039] Le deuxième interrupteur In, h ₂ , lis de chaque circuit de puissance C1 , C2, C3 est connecté entre le point milieu PM1 , PM2, PM3 propre audit circuit de puissance C1 , C2, C3 et une masse.

[0040] Ainsi, pour chaque circuit de puissance C1 , C2, C3, le premier interrupteur Ihi , Ih2, l _h 3 et le deuxième interrupteur In, h ₂ , li sent connectés l’un à l’autre via le point milieu PM1 , PM2, PM3 propre audit circuit de puissance C1 , C2, C3.

[0041] Chaque circuit de puissance C1 , C2, C3 génère ainsi un courant alternatif en son point milieu PM1 , PM2, PM3.

[0042] Ainsi, le point milieu PM 1 du premier circuit de puissance C1 est relié à la première bobine L1 de la machine électrique M, le deuxième point milieu PM2 du deuxième circuit de puissance C2 est relié à la deuxième bobine L2 et le troisième point milieu PM3 du troisième circuit de puissance C3 est relié à la troisième bobine L3.

[0043] De préférence, chaque interrupteur l _h i, Ih2, Ih3, In, I12, I13 est un transistor par exemple de type MOSFET ou bipolaire à grille isolée ou « IGBT » pour « Insulated Gate Bipolar Transistor » en langue anglaise. Selon l’exemple décrit, les interrupteurs sont de type MOSFET.

[0044] Chaque interrupteur haut l _h i, Ih2, Ih3 et chaque interrupteur bas In, ₂ , h ₃ est caractérisé par une fréquence de commutation, autrement dit, par une fréquence d’ouverture et de fermeture. Chaque interrupteur haut l _hi , Ih2, Ih3 et chaque interrupteur bas In, ₂ , I13 est également caractérisé par un rapport cyclique définissant la durée d'ouverture par rapport à la durée de fermeture dudit interrupteur.

[0045] L’unité de commande 30 de l’onduleur 20 est apte à commander l’ouverture et la fermeture de chaque interrupteur haut l _h i, Ih2, Ih3 et chaque interrupteur bas In, I12, h ₃ en fonction de l’amplitude et de la fréquence des courant alternatifs à fournir.

[0046] Plus précisément, l’unité de commande 30 est configurée pour commander la variation de la fréquence de commutation et la variation du rapport cyclique caractérisant chaque interrupteur haut l _hi , Ih2, Ih3 et chaque interrupteur bas In, ₂ , l| ₃ .

[0047] De plus, l’unité de commande 30 comprend une zone mémoire dans laquelle est enregistrée un compteur temporel.

[0048] Capacité de liaison C ₂ o [0049] La capacité de liaison C20 est également montée en parallèle entre la batterie 10 et l’onduleur 20. Autrement dit, la capacité C20 est connectée d’une part entre la batterie 10 et l’onduleur 20 et d’autre part à une masse.

[0050] La capacité de liaison C20 est apte à supprimer des oscillations résiduelles d’une tension fournie entre la batterie 10 et l’onduleur 20, notamment afin de ne pas détériorer la batterie 10. De plus, lorsque de la fermeture de chaque interrupteur haut l _h i, Ih2, Ih3 et de chaque interrupteur bas In, I12, h, cela crée un appel de courant dans ledit interrupteur. A l’inverse, le courant dans ledit interrupteur l _hi , Ih2, Ih3, In, I12, I13 diminue ou s’annule lorsque ledit interrupteur est ouvert. La capacité de liaison C20 permet ainsi de compenser les variations de courant afin de protéger la batterie 10.

[0051] Procédé

[0052] En référence à la figure 3, il va être représenté une forme de réalisation du procédé selon l’invention, mis en œuvre par la chaîne de traction électrique, et donc par une unité de commande 30, telle que présentée précédemment.

[0053] Le procédé est mis en œuvre à intervalle de temps régulier. Par exemple, le procédé est mis en œuvre de manière hebdomadaire. Pour cela, le procédé est mis en œuvre à partir du moment où le compteur temporel a atteint une valeur de seuil temporel prédéfini. La valeur du seuil temporel peut désigner un nombre de secondes, d’heures ou de jours, définissant par exemple une semaine.

[0054] De plus, le procédé peut également comprendre une phase préliminaire E0 de détection des conditions environnementales permettant de mettre en œuvre le procédé correctement. Par exemple, les conditions environnementales concernent la température. Une température optimale pour mettre en œuvre le procédé est définie entre 15 et 30 degrés.

[0055] Etape de détection E1 vitesse constante véhicule

[0056] Le procédé comprend tout d’abord une étape de détection E1 lorsque la vitesse du véhicule est sensiblement constante. Par « vitesse sensiblement constante », il est par exemple entendu une vitesse dont la variation est toujours minimum à un seuil sur laps de temps prédéfini. Par exemple, lors de l’étape de détection, une vitesse constante désigne une variation de vitesse de moins de 10% sur un laps de temps de 30 secondes.

[0057] La suite du procédé est mise en œuvre après l’étape de détection E1 . [0058] De plus, le procédé comprend de manière régulière, une étape de vérification de la constance de la vitesse. En effet, la suite du procédé ne peut être réalisée que lorsque la vitesse est sensiblement constante.

[0059] Commande fréquence E2

[0060] Le procédé comprend également une étape de commande E2 en continu de l’augmentation de la fréquence de pilotage de la machine électrique, autrement dit de la fréquence de commande des interrupteurs l _hi , Ih2, Ih3, In, I12, 113 de chaque circuit C1 , C2, C3 de puissance de l’onduleur 20 d’une valeur minimale vers une valeur maximale.

[0061] Par « en continu », il est entendu le fait d’augmenter à intervalle de temps régulier la fréquence d’un pas de fréquence prédéfini, depuis la valeur minimale jusqu’à atteindre la valeur maximale.

[0062] Par exemple, la fréquence de commutation des interrupteurs l _hi , Ih2, Ih3, In, I12, I13 est commandée entre 18 KHz et 22 KHz.

[0063] Mesure du courant E3

[0064] Le procédé comprend ensuite une étape de mesure E3 en continu de la valeur du courant entre l’ensemble comprenant la batterie 10 et la capacité C20 et entre l’onduleur 20 pendant l’étape de commande E2.

[0065] La variation de courant ainsi mesurée en fonction de la fréquence de pilotage est ensuite enregistrée dans la zone mémoire du module de commande 30.

[0066] Détermination FFT E4

[0067] Le procédé comprend ensuite une étape de détermination E4 de la transformée de Fourrier de la variation de courant mesurée et enregistrée précédemment.

[0068] La transformée de Fourrier en fonction de la fréquence de pilotage est ensuite enregistrée dans la zone mémoire du module de commande 30. Par ailleurs, la zone mémoire comprend également une table de référence associant à chaque valeur de fréquence de pilotage entre la valeur minimale et la valeur maximale, un intervalle de valeurs transformée de Fourrier. Ledit intervalle définit l’ensemble des valeurs de transformée de Fourrier correspondant au fonctionnement nominal et sans panne de la chaîne de traction, pour une fréquence de pilotage.

[0069] phase d’analyse

[0070] Le procédé comprend ensuite une phase d’analyse de la transformée de Fourrier ainsi obtenue. [0071] Pour chaque fréquence de pilotage, la phase d’analyse comprend une étape de détection E5 d’une anomalie si au moins une valeur de la transformée de Fourrier déterminée est hors de l’intervalle de valeurs de transformée de Fourrier associé à ladite fréquence de pilotage.

[0072] L’anomalie détectée permet de démontrer la présence d’un dysfonctionnement électronique sur un des composants électriques de l’onduleur 20 et de la capacité C20 et/ou un dysfonctionnement mécanique sur un desdits composants électriques, notamment un fil conducteur qui se désolidarise de la résine dans laquelle il est fixé et qui vibre.

[0073] Suite à l’étape de détection E5 d’une anomalie, le procédé comprend une étape d’alerte E5’, dans laquelle l’unité de commande 30 émet une alerte au conducteur afin de le prévenir de l’anomalie, par exemple en commandant l’allumage d’un indicateur lumineux sur le tableau de bord du véhicule.

[0074] La phase d’analyse comprend également une étape de détermination E6 d’au moins une fréquence de pilotage optimale. Pour cela, l’unité de commande 30 sélectionne, sur la transformée de Fourrier déterminée précédemment et en omettant les fréquences de pilotage pour lesquelles une anomalie a été détectée, l’ensemble des fréquences de pilotage pour lesquelles la valeur de la transformée de Fourrier est inférieure à un seuil prédéfini. Le seuil prédéfini est enregistré préalablement dans la zone mémoire. Il est évident que les fréquences de pilotage sélectionnées lors de cette étape ne doivent pas correspondre à des fréquences de pilotage pour lesquelles une anomalie a été préalablement détectée.

[0075] Enfin, suite à la phase d’analyse, le procédé comprend une étape de réinitialisation E7 de la valeur du compteur temporel à zéro.

[0076] Notamment, le procédé est itéré au minimum sur au moins deux vitesses constantes sensiblement différentes. De préférence encore, le procédé est itéré sur trois vitesses constantes différentes.

[0077] Les anomalies détectées et les fréquences de pilotage optimales déterminées sont comparées entre les différentes itérations du procédé. Si une anomalie est détectée pour la même fréquence de pilotage entre les différentes itérations, du procédé, alors cela permet de confirmer la validité des anomalies détectées.

[0078] De même, si la valeur d’une fréquence de pilotage optimale est détectée sur les différentes itérations du procédé, alors cela permet de confirmer ou d’infirmer la validité de la fréquence de pilotage optimales détectée.