La présente invention revendique la priorité de la demande française 2103440 déposée le 2 avril 2021 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.

La présente invention porte sur le pilotage d’un onduleur employé pour contrôler une machine électrique, en particulier une machine électrique rotative. L’invention trouve une application préférentielle dans le pilotage d’un onduleur contrôlant une machine électrique de traction d’un véhicule automobile électrique.

L’onduleur est un appareil permettant de générer un courant alternatif à partir d'un courant continu issu d’une source électrique telle qu’une batterie.

Les onduleurs comportent un étage de puissance comportant par exemple des modules de puissance, et plus généralement l’électronique de puissance de l’onduleur. L’étage de puissance comporte un ensemble d'interrupteurs électroniques.

Plusieurs technologies d’interrupteurs électroniques peuvent être utilisées dans un onduleur employé dans un système de traction électrique d’un véhicule, parmi lesquelles : les transistors bipolaires à grille isolée, également appelés « IGBT », de l'anglais « Insulated Gâte Bipolar Transistor », et les transistors à effet de champ à grille isolée également appelés « MOSFET », acronyme anglais de « Métal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor », qui peut se traduire par « transistor à effet de champ à structure métal-oxyde-semiconducteur », et en particulier les transistors de puissance au Carbure de Silicium (SiC). Par un jeu de commutations commandées de manière appropriée (généralement une modulation de largeur d'impulsion), l’onduleur module la source afin d'obtenir un courant alternatif de fréquence désirée.

L’onduleur fonctionne ainsi à une fréquence de découpage (également appelée fréquence de commutation) donnée. De manière générale, les interrupteurs de l’onduleur provoquent des pertes de puissance en commutation lors de leur passage de l’état ouvert à l’état fermé et inversement, et des pertes en conduction. Pour un régime et un couple donné de la machine électrique, les pertes en conduction et commutation dans l’onduleur sont proportionnelles à la fréquence de découpage. Un choix adapté de la fréquence de modulation permet d’améliorer le rendement en puissance de l’ensemble comportant l’onduleur et la machine électrique qu’il contrôle. Dans ce contexte, le document US20130169206 propose d’appliquer différentes fréquences de découpage à un onduleur contrôlant une machine électrique rotative selon le point de fonctionnement courant (c’est-à-dire à l’instant considéré) dans une cartographie ayant pour paramètres la vitesse de rotation de la machine électrique (également appelée régime) et la consigne de couple que doit fournir ladite machine électrique. La cartographie comporte quatre parties dans la zone de fonctionnement nominal de la machine électrique, c’est-à-dire dans la zone de vitesse et de couple pour laquelle la machine a été dimensionnée de sorte à y fonctionner de manière courante et fiable.

De même, le document CN110138284 divulgue l’application d’une stratégie de variation de la fréquence de découpage, entre différentes fréquences de découpage prédéfinies, selon la vitesse de la machine électrique et la consigne de couple ou d’intensité du courant. Il y a en effet une relation bijective entre la consigne de couple et le courant électrique (c’est-à-dire l’intensité efficace du courant) à appliquer. Selon ce document, la fréquence de découpage augmente en fonction de la vitesse de la machine électrique, et peut adopter six valeurs croissantes adaptées chacune à une plage de valeur de régime. De telles stratégies permettent d’améliorer le rendement en puissance de l’ensemble formé par l’onduleur et la machine électrique (c’est-à-dire le rapport entre la puissance délivrée et les pertes), mais les performances et l’agrément en termes de bruit, vibrations et secousses (couramment désignés par l’acronyme anglophone « NVH » pour « Noise, Vibration and Harshness ») sont dégradées. Dans le cadre d’un véhicule électrique, chaque basculement d’une fréquence de découpage à une autre est perceptible par l’utilisateur, typiquement par le conducteur et/ou les occupants du véhicule. D’un point de vue sonore et vibratoire, les harmoniques générées aux différentes fréquences de découpage rendent les ondulations et résonances avec les autres équipements présentes sur le réseau électrique à haute tension difficiles à gérer. En outre, les changements fréquents d’une fréquence de découpage à une autre entraînent une complexité dans le pilotage de l’onduleur, dans la mesure où de nombreux paramètres du pilotage doivent être modifiés ou initialisés à chaque changement de fréquence de découpage.

Néanmoins, l’emploi d’une fréquence de découpage variable est avantageux non seulement pour améliorer le rendement en puissance, mais aussi pour éviter une surchauffe de l’onduleur, en particulier de son étage de puissance et en particulier des interrupteurs de l’onduleur, notamment à faible régime et/ou fort couple de la machine électrique. En effet, dans une situation de faible régime sous forte consigne de couple entraînant un courant électrique de forte intensité, les pertes par commutation sont importantes, tandis qu’une fréquence de découpage faible serait suffisante pour obtenir une réactivité suffisante dans le contrôle de la machine électrique. Corolairement, limiter le risque de surchauffe de l’onduleur permet également un dimensionnement au plus juste de l’onduleur, ce qui en limite le coût et la masse.

La présente invention vise donc à proposer une solution permettant d’appliquer une stratégie de fréquence de découpage variable à un onduleur, tout en limitant les inconvénients et risques en matière de NVH d’une telle stratégie.

La présente invention porte ainsi sur un procédé de sélection d’une fréquence de découpage pour son application à un onduleur contrôlant une machine électrique rotative. Selon ce procédé, la fréquence de découpage est choisie parmi plusieurs fréquences prédéterminées selon la position, dans une cartographie, d’un point de fonctionnement courant de l’ensemble constitué par la machine électrique et l’onduleur. Cette cartographie a au moins pour paramètre la vitesse de rotation de la machine électrique ou la fréquence du courant électrique qui lui est appliqué.

Dans au moins une partie de la cartographie, la fréquence de découpage est choisie en outre en fonction d’un paramètre représentatif d’une condition thermique des interrupteurs électroniques que contient l’onduleur.

En conditionnant le choix de la fréquence de découpe à un paramètre représentatif de la condition thermique de l’onduleur (en particulier des interrupteurs électroniques de l’onduleur), il est notamment possible de limiter le nombre de changements de fréquence de découpage lors de l’utilisation de la machine électrique. Cela limite de fait les inconvénients en matière de NVH de l’application d’une stratégie de fréquence de découpage variable, en particulier dans une application à un véhicule automobile électrique. En outre, une limitation du nombre de changements de fréquence de découpage lors de l’utilisation de la machine électrique simplifie largement le pilotage de l’onduleur et de la machine électrique, en ce que de nombreux paramètres de pilotage sont moins souvent modifiés.

La cartographie peut comporter en outre pour paramètre la consigne de couple devant être appliquée à la machine électrique ou la consigne d’intensité du courant devant être appliqué à la machine électrique par l’onduleur. Bien que l’invention soit applicable avec une cartographie très simple, à savoir une cartographie ayant pour seul paramètre la vitesse de rotation de la machine électrique ou la fréquence du courant alternatif en sortie de l’onduleur, la prise en compte d’un second paramètre dans la construction de la cartographie permet de limiter plus encore les occurrences d’un changement de fréquence de découpage, tout en conservant une stratégie de fréquence de découpage variable permettant notamment une protection efficace de l’onduleur contre une surchauffe et une certaine optimisation du rendement en puissance.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le paramètre représentatif de la condition thermique des interrupteurs de l’onduleur peut être une température mesurée desdits interrupteurs ou une température estimée des interrupteurs sur la base des paramètres de fonctionnement de l’onduleur au cours du temps.

Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le paramètre représentatif de la condition thermique des interrupteurs peut être une fonction de la tension courante d’une batterie d’alimentation de l’onduleur et de la machine électrique et d’une température d’un liquide de refroidissement présent dans un circuit de refroidissement de l’onduleur.

Il existe ainsi différents moyens d’évaluer la température des interrupteurs de l’onduleur. Une mesure directe peut ainsi être utilisée. Mais cette mesure n’est pas toujours possible, ou pas toujours nécessaire. Il est ainsi possible d’estimer la température des interrupteurs, ou plus généralement leur condition thermique (avoir une valeur précise de température n’est pas nécessaire pour mettre en oeuvre l’invention) à l’aide de mesures déjà disponibles ou faciles à réaliser sur l’onduleur, la machine électrique, et/ou leurs composants périphériques. Par condition thermique, on entend notamment une température, une plage de température, et/ou un gradient thermique temporel des interrupteurs de l’onduleur. De manière générale, le paramètre représentatif de la condition thermique des interrupteurs de l’onduleur peut être tout paramètre, ou le résultat de toute fonction, qui permet d’approcher la température actuelle et ou future des interrupteurs de l’onduleur, avec une précision suffisante pour caractériser un risque de surchauffe, et appliquer dans ce cas une fréquence de découpage adaptée.

L’utilisation de la tension de la batterie qui alimente l’onduleur et la machine électrique d’une part, et de la température du liquide de refroidissement du circuit de refroidissement de l’onduleur (et le cas échéant de la machine électrique) se révèle particulièrement avantageuse car ce sont des paramètres variant relativement lentement dans le temps. Leur prise en compte par une fonction appropriée permet d’obtenir la protection et l’optimisation dans l’utilisation de l’onduleur qui sont recherchées dans le cadre de l’invention, tout en limitant encore plus les changements intempestifs de fréquence de découpage. Dans une zone de fonctionnement nominal de l’ensemble constitué par la machine électrique et l’onduleur, la fréquence de découpage peut être choisie parmi trois fréquences de découpages différentes, à savoir une première fréquence de découpage, une deuxième fréquence de découpage, et une troisième fréquence de découpage. Dans ce cas, la cartographie peut définir trois parties dans la zone de fonctionnement nominal, à savoir une première partie, une deuxième partie et une troisième partie, et

- lorsque le point de fonctionnement courant de l’ensemble constitué par la machine électrique et l’onduleur est situé dans ladite première partie, la première fréquence de découpage est choisie, - lorsque le point de fonctionnement courant de l’ensemble constitué par la machine électrique et l’onduleur est situé dans ladite deuxième partie, la deuxième fréquence de découpage est choisie ou la troisième fréquence de découpage est choisie, en fonction du paramètre représentatif de la condition thermique des interrupteurs électroniques que contient l’onduleur, et - lorsque le point de fonctionnement courant de l’ensemble constitué par la machine électrique et l’onduleur est situé dans une troisième partie, la troisième fréquence de découpage est choisie.

Selon un mode de réalisation, la première partie de la cartographie peut correspondre à la partie de la zone de fonctionnement nominal située jusqu’à un premier seuil de vitesse de rotation de la machine électrique ou de fréquence du courant électrique qui lui est appliqué. La deuxième partie de la cartographie peut correspondre à la partie de la zone de fonctionnement nominal située au-dessus du premier seuil de vitesse de rotation de la machine électrique ou de fréquence du courant électrique qui lui est appliqué et au-dessus d’un seuil de consigne d’intensité du courant à appliquer à la machine électrique ou de consigne de couple. La troisième partie de la cartographie peut correspondre à la partie de la zone de fonctionnement nominal située au-dessus du premier seuil de vitesse de rotation de la machine électrique ou de fréquence du courant électrique qui lui est appliqué et qui s’étend jusqu’au seuil de consigne d’intensité du courant à appliquer à la machine électrique ou de consigne de couple. Selon un autre mode de réalisation, la première partie de la cartographie peut correspondre à la partie, sur la cartographie, de la zone de fonctionnement nominal située jusqu’à un premier seuil de vitesse de rotation de la machine électrique ou de fréquence du courant électrique qui lui est appliqué. La deuxième partie de la cartographie peut correspondre à la partie de la zone de fonctionnement nominal située au-dessus du premier seuil de vitesse de rotation de la machine électrique ou de fréquence du courant électrique qui lui est appliqué et qui s’étend jusqu’à un deuxième seuil de vitesse de rotation de la machine électrique ou de fréquence du courant électrique qui lui est appliqué. La troisième partie de la cartographie peut correspondre à la partie de la zone de fonctionnement nominal située au-dessus du deuxième seuil de vitesse de rotation de la machine électrique ou de fréquence du courant électrique qui lui est appliqué.

Avantageusement, la première fréquence de découpage est inférieure à la deuxième fréquence de découpage, et la deuxième fréquence de découpage est inférieure à la troisième fréquence de découpage.

Par exemple, la première fréquence de découpage peut être comprise entre 4kHz et 6kHz, par exemple égale à 5kHz, la deuxième fréquence de découpage peut être comprise entre 6 kHz et 9 kHz, par exemple égale à 8kHz ; et la troisième fréquence de découpage peut être comprise entre 9 kHz et 12 kHz, par exemple égale à 10kHz. Les cartographies ainsi proposées répondent aux objectifs visés par l’emploi d’une stratégie de fréquence de découpage variable et à ceux de l’invention. Ainsi, l’emploi d’une première fréquence relativement faible dans une plage de faible régime (pouvant être traduite par une faible fréquence des courants électriques appliqués à la machine électrique) permet un meilleur rendement en puissance et garantit une protection thermique de l’onduleur dans les situations de faibles régimes, par exemple pour les véhicules automobiles électriques dans les situations de démarrage notamment sous fort couple (situation de roue bloquée au démarrage, montée d’un trottoir, etc.). Néanmoins, en dehors de cette situation de faible régime, il est possible d’adopter une fréquence de découpage relativement élevée, mieux adaptée à l’échantillonnage et à la réactivité souhaitée pour la machine électrique, tout en garantissant l’intégrité de l’onduleur.

Dans un mode de réalisation, lorsque le point de fonctionnement courant de l’ensemble constitué par la machine électrique et l’onduleur est situé dans la deuxième partie de la cartographie, la deuxième fréquence de découpage est choisie si la température du liquide de refroidissement en entrée de l’onduleur est au-dessus d’une valeur prédéfinie située entre 50 °C et 90 °C, par exemple 70 °C, et si la tension de la batterie est supérieure à une tension prédéfinie comprise entre 300V et 380V, par exemple 340V, et la troisième fréquence de découpage est choisie si ces conditions ne sont pas remplies. L’application de la deuxième fréquence de découpage peut ainsi être conditionnée à une règle simple fondée sur la tension de la batterie et sur la température du liquide du circuit de refroidissement de l’onduleur, typiquement mesurée en entrée de l’onduleur. Une fonction plus élaborée de ces deux paramètres peut avantageusement être employée. Notamment, à partir d’un certain seuil de température du liquide de refroidissement (par exemple 50°C), plus la température dudit liquide de refroidissement s’élève, plus le seuil de tension pris en considération pour l’application de la deuxième fréquence de découpage diminue.

Lorsque la vitesse de rotation de la machine électrique dépasse une vitesse de rotation maximale de sorte que le point de fonctionnement de l’ensemble sort de la zone de fonctionnement nominal, une quatrième fréquence de découpage est choisie, la quatrième fréquence de découpage étant supérieure à la troisième fréquence de découpage. La quatrième fréquence peut par exemple être comprise entre 10kHz et 15kHz, par exemple 13kHz.

La quatrième fréquence de découpage, prévue en particulier pour les situations de survitesse de la machine électrique n’est employée que dans des situations exceptionnelles.

L’invention porte également sur un procédé de commande d’un onduleur contrôlant une machine électrique rotative, ledit procédé de commande comportant les étapes de : - mise en oeuvre d’un procédé de sélection d’une fréquence de découpage tel que décrit ci-dessus,

- application de la fréquence de découpage choisie à l’onduleur.

L’invention porte aussi sur un dispositif comportant un onduleur et une machine électrique rotative contrôlée par l’onduleur, l’onduleur comportant un dispositif électronique de commande configuré pour sélectionner une fréquence de découpage en mettant en oeuvre un procédé tel que décrit ci-avant, et pour appliquer la fréquence de découpage sélectionnée à l’onduleur.

L’invention porte enfin sur un véhicule automobile électrique comportant un tel dispositif. Le domaine automobile constitue ainsi le domaine d’application préférentiel de l’invention. En effet, dans ce domaine les performances en matière de NVH sont importantes pour l’utilisateur d’un véhicule. En outre, l’invention permettant un dimensionnement au plus juste de l’onduleur (en ce qu’il n’est pas nécessaire de sur- dimensionner l’étage de puissance de l’onduleur pour permettre son utilisation dans des conditions exceptionnellement défavorables dans la zone de fonctionnement où l’emploi d’une plus faible fréquence de découpage permet d’en garantir l’intégrité), les gains économiques et de masses, même s’ils peuvent apparaître modérés à l’échelle d’une seule chaîne de traction électrique, sont très importants à l’échelle de plusieurs milliers (voire millions) de véhicules.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après.

Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs : - la figure 1 représente une cartographie du fonctionnement d’un ensemble comportant un onduleur et une machine électrique contrôlée par l’onduleur, pouvant être utilisée dans un premier mode de réalisaiton de l’invention ;

- la figure 2 représente une cartographie du fonctionnement d’un ensemble comportant un onduleur et une machine électrique contrôlée par l’onduleur, pouvant être utilisée dans un deuxième mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 3 est une représentation graphique d’une fonction liant la température d’un liquide de refroidissement présent dans un circuit de refroidissement d’un onduleur et la tension d’alimentation de l’onduleur, qui peut être employée dans un mode de réalisation de l’invention. La figure 1 représente une cartographie du fonctionnement d’un ensemble comportant un onduleur et une machine électrique contrôlée par l’onduleur, pouvant être utilisée dans un premier mode de réalisation de l’invention.

Cette cartographie, bi-dimensionnelle, comporte deux paramètres, chaque paramètre définissant une dimension de la cartographie. Le premier paramètre pris en compte est la vitesse de rotation ou régime N de la machine électrique contrôlée par l’onduleur, ou la fréquence Fe du courant électrique appliqué à la machine électrique. Il existe en effet une relation directe entre ces deux paramètres équivalents, à savoir une relation bijective pour une machine électrique synchrone. Le deuxième paramètre de la cartographie est la consigne d’intensité I du courant à appliquer à la machine électrique, ou la consigne de couple C fournie à l’onduleur en vue de son application à la machine électrique. Il existe également une relation directe entre ces deux paramètres équivalents. La zone de fonctionnement nominal de l’ensemble comportant l’onduleur et la machine électrique est délimitée sur la cartographie représentée par une frontière B.

Quatre fréquences de découpage sont prédéfinies, à savoir une première fréquence de découpage Fs1 , une deuxième fréquence de découpage Fs2, une troisième fréquence de découpage Fs3 et une quatrième fréquence de découpage Fs4, telles que : Fs1 <Fs2<Fs3<Fs4.

A titre d’exemples typiques, les valeurs suivantes peuvent être utilisées, notamment dans le cadre d’une application automobile : Fs1=5kHz. Fs2=8kHz, Fs3=10kHz et Fs4 = 13kHz.

Selon la cartographie proposée, la première fréquence de découpage Fs1 est une fréquence de découpage basse utilisée pour les faibles vitesses de rotation de la machine électrique (ou les courants de faible fréquence appliqués par l’onduleur à la machine électrique). La première vitesse de découpage est choisie et appliquée, dans l’exemple représenté, dans une première partie de la cartographie P1 , pour toute vitesse de rotation de la machine électrique ou toute fréquence du courant appliquée à la machine électrique inférieure ou égale à un premier seuil Th1 (par exemple 300 tours par minute si le régime est considéré en tant que premier paramètre).

La première fréquence de découpage offre une réactivité et une possibilité d’échantillonnage suffisantes au système dans cette plage de faible régime de la machine électrique, tout en limitant les pertes par commutation de l’onduleur, qui pourraient provoquer un échauffement important de l’onduleur en cas de forte consigne de couple, ce qui est fréquent lors du démarrage d’un véhicule électrique.

La troisième fréquence de découpage Fs3 est la fréquence de découpage par défaut de l’onduleur considéré.

La deuxième fréquence de découpage Fs2 est une fréquence réduite par rapport à la fréquence de découpage par défaut Fs3. La deuxième fréquence de découpage Fs2 a pour objectif de permettre l’emploi d’un fort courant en cas d’utilisation des conditions extrêmes, sans entraîner de surchauffe des interrupteurs électroniques de l’onduleur. Ainsi, dans l’exemple de cartographie de la figure 1 , la troisième fréquence de découpage Fs3 est choisie et appliquée dans une troisième partie P3 de la cartographie. La troisième partie P3 s’étend sur une large plage de vitesse de rotation située au-dessus du premier seuil Th1 et jusqu’à la vitesse de rotation maximum Thm (dans la zone de fonctionnement nominal). Dans l’exemple représenté, la troisième partie P3 est par ailleurs bornée selon une limite du deuxième paramètre de la cartographie, à savoir par un seuil de consigne d’intensité Is du courant électrique à appliquer à la machine électrique (ou par le seuil de consigne de couple correspondant). La troisième partie P3 se situe en dessous et jusqu’à ce seuil de consigne d’intensité Is.

La cartographie présentée à la figure 1 comporte enfin, dans la zone de fonctionnement nominal, une deuxième partie P2 située au-dessus du premier seuil Th1 du premier paramètre de la cartographie, et au-dessus du seuil de consigne d’intensité Is (ou du seuil de consigne de couple correspondant). Du fait de la frontière B de la zone de fonctionnement nominal, la deuxième partie P2 s’étend incidemment jusqu’à un deuxième seuil Th2 du premier paramètre de la cartographie (régime N ou fréquence Fe du courant appliqué à la machine électrique). De manière analogue, il est possible de déterminer en premier lieu le deuxième seuil Th2, qui définit incidemment le seuil de consigne d’intensité Is (ou le seuil de consigne de couple correspondant).

En particulier le choix des seuils (de régime ou d’intensité) qui définissent la limite de la deuxième partie de la cartographie tient compte de :

- une limite minimum de ratio entre la fréquence de découpage et la fréquence électrique, permettant d’assurer un échantillonnage satisfaisant,

- une valeur de courant maximum en dessous de laquelle aucun risque de surchauffe de l’onduleur n’est possible même dans les conditions de fonctionnement les plus défavorables de l’ensemble comportant l’onduleur et la machine électrique.

Dans cette deuxième partie P2, la troisième fréquence de découpage Fs3, c’est-à-dire la fréquence de découpage par défaut de l’onduleur, est choisie. Néanmoins, certaines conditions peuvent entraîner un échauffement excessif de l’onduleur. C’est pourquoi, si certaines conditions sont remplies, la deuxième fréquence de découpage Fs2 est choisie et appliquée.

Ces conditions sont évaluées à l’aide d’un paramètre représentatif de la condition thermique des interrupteurs électroniques que contient l’onduleur. Ce paramètre peut être une mesure directe de la température de ces interrupteurs. Ce paramètre peut être une évaluation de cette température à l’aide d’un estimateur adapté, c’est-à-dire d’une fonction de paramètres dont la mesure est disponible dans l’onduleur ou la machine électrique (notamment l’intensité, la tension et la fréquence des courants électriques appliqués à la machine électrique contrôlée par l’onduleur au cours du temps). Si la température mesurée ou estimée des interrupteurs électroniques de l’onduleur est employée, il est cependant préférable voire nécessaire d’imposer une hystérésis à ce paramètre pour éviter le risque de changements répétés de la fréquence de découpage lorsque la température mesurée ou évaluée est proche d’une condition limite.

De manière préférentielle, il est proposé d’utiliser en tant que paramètre représentatif de la condition thermique des interrupteurs électroniques une fonction de la tension électrique de la batterie qui alimente l’onduleur et la machine électrique et de la température d’un liquide de refroidissement présent dans un circuit de refroidissement de l’onduleur. Le circuit de refroidissement peut d’ailleurs être commun avec un circuit de refroidissement de la machine électrique. La température du liquide de refroidissement est mesurée préférentiellement (mais pas nécessairement) en entrée de l’onduleur.

Il est alors préférable voire nécessaire d’imposer une hystérésis à la tension électrique de la batterie et à la température du liquide de refroidissement pour éviter le risque de changements répétés de la fréquence lorsque la tension de la batterie est proche de conditions limites.

Le choix et l’application de la deuxième fréquence de découpage Fs2 dans la deuxième partie P2 de la cartographie dépend donc de ces deux paramètres, considérés ensemble. En particulier, la deuxième fréquence de découpage Fs2 est appliquée lorsque la température du liquide de refroidissement de l’onduleur est élevée (typiquement au-dessus de 50 °C à 70^ en entrée de l’onduleur) et que la tension de la batterie d’alimentation est également élevée (selon l’application considérée, qui est par exemple un véhicule automobile électrique, et uniquement à titre d’exemple non limitatif, une tension de plus de 340V peut être considérée élevée).

La fonction de la tension électrique de la batterie qui alimente l’onduleur et la machine électrique et de la température d’un liquide de refroidissement présent dans un circuit de refroidissement de l’onduleur utilisé peut être fondée sur des seuils fixes de ces paramètres ou des seuils variables. En particulier, avec des seuils fixes, les conditions de choix et d’application de la deuxième fréquence de découpage peuvent être considérées remplies dès lors que l’un de ces deux paramètres dépasse le seuil fixé, ou, préférentiellement, dès lors que les deux paramètres dépassent le seuil fixé.

Une fonction utilisant des seuils variables est détaillée ci-après en référence à la figure 3. Enfin, la quatrième fréquence de découpage Fs4 est choisie et employée pour les cas exceptionnels de survitesse de la machine électrique, lorsque sa vitesse de rotation vient à dépasser la vitesse maximale Thm et sortir de la zone de fonctionnement nominal. Ainsi, le choix et l’application de la deuxième fréquence de découpage Fs2 peut être, dans l’exemple détaillé ci-dessus, conditionnée à trois conditions cumulatives :

- une consigne de courant d’une intensité minimum, de sorte qu’il représente un risque de surchauffe dans des conditions environnementales défavorables ;

- une tension de la batterie minimum (une forte tension augmente les pertes dans l’onduleur), et

- une température de liquide de refroidissement minimum.

En permettant le choix et l’application essentiellement de seulement deux fréquences de découpage, à savoir la première fréquence de découpage Fs1 et la troisième fréquence de découpage Fs3, et en réservant l’emploi de la deuxième fréquence de découpage Fs2 aux conditions peu fréquentes d’utilisation de l’onduleur susceptibles de provoquer son échauffement excessif, la présente invention permet ainsi d’obtenir les avantages principaux d’une stratégie de fréquence variable appliquée à un onduleur, tout en limitant très fortement les occurrences d’un changement de fréquence de découpage à une autre, ce qui évite les inconvénients en matière de NVH de ces changements.

La figure 2 représente une cartographie du fonctionnement d’un ensemble comportant un onduleur et une machine électrique contrôlée par l’onduleur, pouvant être utilisée dans un deuxième mode de réalisation de l’invention. La cartographie de la figure 2 est similaire à celle de la figure 1 , à l’exception de la définition de la deuxième partie P2 et de la troisième partie P3 de la zone de fonctionnement nominal de la cartographie. Sauf pour cet aspect, on peut donc se référer à la description de la figure 1 qui est applicable à la figure 2.

Comme indiqué ci-dessus, la définition de la première partie P1 dans laquelle la première fréquence de découpage Fs1 est appliquée est inchangée comparativement à la cartographie de la figure 1.

La deuxième partie P2 est quant à elle définie comme étant la partie de la zone de fonctionnement nominal située au-dessus du premier seuil Th1 de vitesse de rotation de la machine électrique ou de fréquence du courant électrique qui lui est appliqué et qui s’étend jusqu’à un deuxième seuil Th2 de vitesse de rotation de la machine électrique ou de fréquence du courant électrique qui lui est appliqué.

La troisième partie P3 de la cartographie de la figure 2 correspond quant à elle à la partie de la zone de fonctionnement nominal située au-dessus du deuxième seuil Th2. Ainsi, bien que la figure 2 représente une cartographie à deux dimensions (ou deux paramètres) afin de permettre sa comparaison avec la cartographie de la figure 1 , la stratégie de choix de la vitesse de découpage présentée à la figure 2 se fonde uniquement sur le régime de la machine électrique ou la fréquence du courant qui lui est appliqué, et n’emploie pas la consigne d’intensité du courant ou la consigne de couple pour déterminer la fréquence de découpage à appliquer. En d’autres termes, la cartographie employée dans le mode de réalisation de la figure 2 peut être unidimensionnelle (à un seul paramètre).

Les conditions qui déterminent l’application de la troisième fréquence de découpage ou de la deuxième fréquence de découpage dans la deuxième partie de la cartographie peuvent être similaires à celles énoncées pour la figure 1.

Le mode de réalisation de la figure 2 constitue ainsi un mode de réalisation simplifié de l’invention, comparativement à celui de la figure 1 , qui peut conduire à une application légèrement plus fréquente de la deuxième fréquence de découpage Fs2, mais qui est très simple à mettre en oeuvre. Bien évidemment certaines adaptations des exemples de mode de réalisation présentés ci-avant sont possibles sans sortir du cadre de l’invention. Par exemple, la première partie P1 de la cartographie pourrait être située au-dessus d’une consigne de couple ou d’intensité du courant minimale. La figure 3 représente graphiquement un exemple de fonction de la température d’un liquide de refroidissement présent dans un circuit de refroidissement d’un onduleur et de la tension d’alimentation de l’onduleur, qui peut être employée pour déterminer, par exemple dans la partie P2 de la cartographie de la figure 1 ou de la figure 2, si la deuxième fréquence de découpage Fs2 doit être appliquée ou au contraire si la fréquence de découpage par défaut, c’est-à-dire la troisième fréquence de découpage Fs3 peut être maintenue.

Le graphique de la figure 3 représente en abscisse la température du liquide de refroidissement d’un circuit de refroidissement d’un onduleur contrôlant une machine électrique de traction d’un véhicule automobile. En ordonnée est portée la tension de la batterie d’alimentation de l’onduleur et de la machine électrique. Cette batterie a une tension à pleine charge de l’ordre de 460 V. Cette tension va chuter progressivement au fur et à mesure de la décharge de la batterie.

Selon la fonction représentée, les conditions nécessitant l’application de la seconde fréquence de découpage Fs2 ne sont remplies que lorsque la tension courante (actuelle) de la batterie et la température du liquide de refroidissement sont dans la zone hachurée de la figure 3.

Ainsi, jusqu’à ce que la température de liquide de refroidissement de l’onduleur inférieure à 50 ‘O, il n’y a pas de risque de surchauffe de l’onduleur et il n’est pas nécessaire de choisir et d’appliquer à l’onduleur la deuxième fréquence de découpage. Au-delà de 50 °C, les risques de surchauffe de l’onduleur sont d’autant plus importants que la tension de la batterie d’alimentation est élevée. Ainsi, dans l’exemple représenté, lorsque la température du liquide de refroidissement est de QO'Ό, il n’est considéré nécessaire d’appliquer la deuxième fréquence de découpage Fs2 que si la tension de la batterie est supérieure à 380 V environ. Lorsque la température du liquide de refroidissement est de 80 'Ό, il n’est considéré nécessaire d’appliquer la deuxième fréquence de découpage Fs2 que si la tension de la batterie est supérieure à 300 V. L’application d’une telle fonction fondée sur des seuils de température du liquide de refroidissement de l’onduleur et de la tension de la batterie variables et interdépendants permet de limiter encore plus les occurrences des changements de fréquence de découpage de l’onduleur.

Bien évidemment, la figure 3 correspond à une application particulière, et les valeurs données à titre d’exemple pourront être adaptées en fonction de l’application considérée. Un exemple d’application est ainsi développé ci-après. Dans un véhicule automobile électrique, un onduleur ayant une puissance maximale de 150kW avec un courant de phase maximum de 500 A est alimenté par une batterie de tension batterie entre 300V et 460V. L’onduleur peut fonctionner à pleine puissance avec un liquide de refroidissement entre -40 °C et 70 °C et est configuré pour appliquer une limitation de puissance lorsque cette température dépasse 70 ^q C.

Pour un régime compris entre 0 tr/min et 300 tr/min la première fréquence de découpage Fs1=5kHz est choisie et appliquée.

Ainsi, à chaque démarrage Fs1=5kHz est appliquée, sans considération d’autres paramètres. Pour un régime compris entre 300 tr/min et 9000 tr/min, la troisième fréquence de découpage Fs3=10kHz, ou, si nécessaire, la deuxième fréquence de découpage Fs2=8kHz, est appliquée selon le choix décrit ci-après.

Pour un régime compris entre 9000 tr/min et 14000 tr/min, la troisième fréquence de découpage Fs3=10kHz est appliquée.

Pour ce qui concerne les régimes compris entre 300 tr/min et 9000 tr/min, le choix entre Fs2 et Fs3 peut être réalisé de la manière suivante, conformément à un mode de réalisation de la présente invention.

Par défaut, la troisième fréquence de découpage Fs3 est choisie et appliquée. La consigne d’intensité du courant à appliquer à la machine est suivie. Il est en particulier observé si la consigne d’intensité du courant dépasse ou non Is = 340 Arms (courant efficace).

Par ailleurs la température du liquide de refroidissement de l’onduleur est suivie. La tension de la batterie d’alimentation est également suivie. Plus la tension est élevée, plus les pertes par commutation dans l’onduleur sont importantes, et moins l’onduleur (et en particulier son étage de puissance) pourra accepter une intensité de courant élevée sans risque de surchauffe.

Dans le présent exemple pour une température d’entrée eau de 70 °C la deuxième fréquence de découpage Fs2 = 8kHz est choisie pour une tension de la batterie entre 340V et 460V.

Pour toute tension de batterie inférieure à 340V, la troisième fréquence de découpage est choisie et appliquée.

L’invention ainsi développée permet ainsi d’obtenir les avantages principaux d’une stratégie de fréquence variable appliquée à un onduleur, tout en limitant très fortement les occurrences d’un changement de fréquence de découpage à une autre, ce qui évite les inconvénients en matière de NVH de ces changements.

En effet, le choix conditionnel de la deuxième fréquence de découpage proposée dans l’invention permet son application uniquement dans des conditions sévères d’utilisation de l’onduleur, qui entraînent un risque de surchauffe. Cela permet néanmoins de garantir que l’ensemble comportant l’onduleur et la machine électrique puisse fournir, au moins temporairement, un fort couple sans dépasser la température maximum admissible pour les semi-conducteurs de l’onduleur, en particulier pour les interrupteurs électroniques de l’onduleur (typiquement de type IGBT ou de type MOSFET). La deuxième fréquence de découpage Fs2, dont l’emploi est limité à une zone de fonctionnement réduite et des conditions de fonctionnement particulières de l’ensemble comportant l’onduleur et la machine électrique sera très peu fréquemment choisie et appliquée. Les passages vers et depuis cette deuxième fréquence de découpage Fs2 seront ainsi rares et peu influents sur l’agrément du véhicule équipé de cet ensemble, en matière de bruit, vibrations et secousses.

Enfin, le module de puissance de l’onduleur peut être dimensionné en prenant en compte qu’en cas de situations exceptionnelles, une fréquence de découpage inférieure à la fréquence de découpage par défaut sera appliquée, afin d’éviter toute surchauffe tout en garantissant un fonctionnement à pleine puissance de la machine électrique (sans pour autant déclencher de mode de sécurité). Ainsi, les composants électroniques de puissance peuvent être mieux exploités. Des gains de coûts et de masse peuvent être réalisés.