Elle doit permettre de répondre aux contraintes détaillées en début de chapitre. Le fait d’avoir choisi d’utiliser des bobines au sol de faible longueur impose de les alimenter de manière indé-pendante. Cela mène à deux solutions :
- Un onduleur pour plusieurs bobines primaires : Le système doit sélectionner la bobine à alimenter et il utilise un bus de tension alternative haute fréquence sur toute la longueur de la section, ce qui implique des pertes supplémentaires.
Chapitre 5 : Alimentation dynamique d’un véhicule électrique
- Un onduleur par bobine : Cette solution met en œuvre la distribution d’un bus continu le long d’une section. Des variantes de mise en œuvre peuvent être envisagées, comme dé-taillé dans [58].
Figure 5-11: Architecture électrique de route avec bus d'alimentation continu
Nous retiendrons la seconde possibilité, en utilisant un onduleur complet et indépendant par bobine, ce qui nous apporte une plus grande souplesse dans la réalisation et les essais. Le nombre de convertisseurs nécessaire suggère un coût important pour un déploiement à grande échelle mais il est possible d’optimiser leur dimensionnement pour en réduire leur volume et leur coût afin de pouvoir les enfouir sous la chaussée. En effet, la puissance unitaire est plus faible. Par contre, l’appel de puissance est alors fortement impulsionnel :
Le délai minimal réglementaire entre deux véhicules est 2 secondes quelle que soit la vitesse. La distance de sécurité correspondante est 73m à 130km/h, 50m à 90km/h, 28m à 50km/h… Ainsi, avec des bobines longues de 50cm, l’alimentation de chacune se fait avec un rapport cyclique de 1% (au maximum) à 90km/h ; bien moins à 130km/h. De plus, comme en témoigne la Figure 5-12, la puissance nécessaire croit évidemment avec la vitesse. Ainsi, les pertes dans chaque onduleur, déjà accrues par le caractère impulsionnel du fonctionnement, tendent à augmenter avec la vi-tesse qui mène à des impulsions plus brèves et plus intenses. Cependant, l’échauffement des composants à puissance et vitesse maximale n’a pas le temps de varier durant les impulsions ; le système de refroidissement doit simplement être dimensionné vis-à-vis des pertes moyennes. L’ensemble doit être dimensionné pour les plus gros véhicules envisagés. Le dimensionnement
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Figure 5-12: Puissance impulsionnelle délivrée par une cellule au sol en fonction de la vitesse du véhicule passant au-dessus
Il y a une autre contrainte : le temps de passage du véhicule au-dessus d’une bobine étant bref, il est nécessaire que la détection du véhicule et le démarrage de l’onduleur soient assez rapides ; il faut aussi que le temps de réponse de l’asservissement (déphasage asservi à zéro) soit compatible avec la vitesse de variation du couplage lors de l’avancement du véhicule. Pour donner un ordre de grandeur, à 130km/h un véhicule parcourt un mètre en 28ms environ ; la durée de fonction-nement d’une bobine au sol longue de 50cm est donc de 14ms. Compte tenu de la fréquence et de la période de découpage envisagées, de l’ordre de 100kHz (10µs), il y a au moins 1400 périodes durant le fonctionnement d’un onduleur. Les divers temps de réponse étant en relation directe avec la fréquence de découpage, par exemple 5 ou 10 périodes de découpage pour l’asservissement, le régime établi devrait être atteint suffisamment vite et « durablement ». On peut donc envisager un dimensionnement spécifique de l’électronique de puissance pour un fonctionnement impulsionnel, avec le refroidissement dimensionné pour la puissance moyenne, afin de réduire son volume et son coût avec éventuellement une loi de déclassement de la puis-sance en fonction de la température des semi-conducteurs [59].
Le prototype que nous souhaitons réaliser reprend les principes énoncés ci-dessus, mis à part le dimensionnement thermique, qui reste à optimiser pour un cas réel d’enfouissement de l’électronique.
Cela nous conduit au schéma de la Figure 5-13. Le dimensionnement des bobines est basé sur celui réalisé précédemment, avec quelques modifications pour faciliter la conception du proto-type. Cette partie sera plus largement détaillée à la fin de ce chapitre.
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Figure 5-13: schéma de principe du prototype de route électrique
Ce schéma montre qu’il est désormais nécessaire de prendre en compte l’influence de toutes les bobines au sol sur le transfert d’énergie. Cette influence dépend du raccordement de ces bobines aux divers onduleurs et à l’état de ceux-ci. En effet, la bobine au sol sélectionnée, celle la plus en regard avec la bobine du véhicule, doit être alimentée comme nous l’avons prévu (modes 1 et 3) mais il existe plusieurs options pour les autres :
- déconnecter complètement chacune par un interrupteur statique : ces bobines n’auraient alors aucune influence puisqu’elles ne seraient pas parcourues par un courant mais les in-terrupteurs devraient supporter une tension induite.
- imposer le blocage à tous les transistors composant les onduleurs connectés à ces bo-bines : il ne s’agirait pas d’une déconnexion complète comme précédemment puisque les diodes des onduleurs entreraient en conduction à partir d’un certain niveau de tension induite ; le résultat pour le bus continu embarqué reste à déterminer.
- alimenter un certain nombre de ces bobines, les plus près de la bobine sélectionnée, avec la même logique que pour la bobine sélectionnée (par des onduleurs synchrones pilotés en fréquence) : comme précédemment, le résultat pour le bus continu embarqué reste à déterminer.
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