Comportement de l’association hybride 1PAC-1SC face à des Balayages

Un essai intéressant consiste à effectuer des balayages sinusoïdaux sur l’ensemble hybridé et observer la manière dont les courants se séparent suivant la fréquence du sinus. Dans cette partie seront présentés des essais ayant pour consigne de charge : des sinus de valeur min 0 A et de valeur max 50 A (Sinus 25 Adc – 25 Aac) à différentes fréquences (de 333 µHz à 2 kHz).

Pour avoir une référence, des essais similaires ont été réalisés sur la monocellule seule. L’analyse du comportement de l’ensemble hybridé face à ces excitations sera observé suivant deux grandeurs : l’impact sur la tension aux bornes de la monocellule PAC et l’impact sur le courant délivré par la PAC dans l’ensemble hybridé.

3.1.4.1 Impact sur la tension aux bornes de la monocellule PAC

La Figure III.17 illustre l’évolution de la tension PAC en fonction du courant dans la charge. Dans le premier cas (non hybridé), la totalité du courant de charge passe par la PAC alors que dans le second cas (hybridé), une partie de ce courant de charge est filtré par le SC.

a) Tension PAC en fonction du courant pour une consigne Sinus 0..50A à différente fréquences : Cas d’une PAC seule (non hybridée)

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b) Tension PAC en fonction du courant de charge pour une consigne Sinus 0..50A à différente fréquences : Cas d’une PAC hybridée

Figure III.17 : Evolution de la tension PAC en fonction du courant pour des profils sinus 0..50A à différentes fréquences appliqués à la PAC non hybridée (a)) puis hybridée (b)).

A première vue, dès que l’on atteint une fréquence supérieure à 0,2 Hz, la PAC hybridée se comporte comme une source de tension presque parfaite. En effet, quelle que soit la valeur instantanée du courant fourni par l’ensemble, sa tension de sortie ne varie presque plus (de 30 à 40mV suivant les fréquences). La variation est linéaire (l’hystérésis disparait). A l’échelle de ces fréquences, on peut approximer l’ensemble hybridé par une source de tension de 0,73V en série avec une résistance de 0,7mΩ. En ce qui concerne les moyennes fréquences (2mHz à 100mHz), l’hystérésis sur la tension devient relativement importante. A très basse fréquence (il faut descendre jusqu’au 1mHz et même en dessous), on retrouve la courbe de polarisation classique de la PAC.

En revanche pour le cas de la PAC seule (Figure III.17.a)), lorsque la fréquence augmente, l’hystérésis sur la tension est toujours présente. La charge et l’enregistreur utilisés ne permettent pas de monter plus haut en fréquence sur de telles amplitudes AC (50A crête à crête), avec des formes d’onde propres.

La Figure III.18 résume le gain que l’on peut avoir par l’hybridation sur la tension de la PAC. A partir de ces deux courbes, deux intérêts apparaissent concernant l’évolution de la tension dans le cas hybridé.

Le premier est que l’ondulation sur la tension est plus faible pour une large gamme de fréquence. Ceci devrait avoir un effet bénéfique sur la charge : il est en général plus facile d’exploiter une source si sa tension varie peu.

Le second est que, pour de tels profils (sinus 0..50A), la tension de la PAC hybridée dépasse rarement le potentiel de 0,8V (ou 0,85V) : il faut atteindre une fréquence inférieure à 50mHz pour dépasser 0,8V. La valeur de cette fréquence dépend d’ailleurs de la valeur de la capacité.

On peut espérer une corrosion du carbone plus faible (ce seuil étant souvent considéré comme la limite à partir de laquelle cette corrosion devient importante). Cet aspect pourrait prévenir dans une certaine mesure les dégradations du carbone de la PAC pour un profil de mission

109 ayant des instants répétés à bas courant (ou courant nul). En effet, dans le cas hybridé, même si l’ensemble ne fournit pas de courant à la charge, la PAC recharge durant quelques instants le SC, ce qui évite d’atteindre l’OCV trop rapidement.

Figure III.18 : Variation de la tension PAC en fonction de la fréquence pour des profils sinus 0..50A – comparaison du cas hybridé et du cas non hybridé

Les quatre zones repérées sur la Figure III.18 seront détaillées dans la section suivante puisque les impacts sont très liés. En effet une ondulation du courant fourni par la PAC entraine une ondulation de tension à ses bornes et vice versa. La section en pointillée est une projection des mesures qui n’ont pas pu être réalisées ; elle sera détaillée dans la section suivante et validée à la fin de ce chapitre.

3.1.4.2 Impact sur le courant de la monocellule PAC

De même que pour la Figure III.18, on peut observer la répartition des courants en fonction de la fréquence. Il est inutile de tracer cette courbe pour le cas d’une PAC seule puisque la PAC fournit quoi qu’il arrive la totalité du courant de charge. Sur la Figure III.19 est représentée cette répartition qui met en évidence les trois zones décrites précédemment :

 Zone 1 - à basse fréquence (freq. < 0,01 Hz) : la PAC fournit la totalité du courant de charge. Si le profil de charge est lent, le choix d’une hybridation directe avec un SC est naturellement à remettre en question pour ce type d’utilisation.

 Zone 2 - à moyenne fréquence (0,01 Hz < freq. < 0,2 Hz) : zone intermédiaire, l’utilisation énergétique du SC est maximale dans cette zone pour ce type de profil.

En effet si le profil de charge est trop rapide sa tension ne varie que très peu et par conséquent son état énergétique aussi. Si le profil est trop lent, toutes les variations sont prises en charge directement par la PAC, la puissance échangée par le SC est alors très faible. C’est dans cette zone que l’on observe les hystérésis dans le plan V(I) de la PAC de la Figure III.17. b), témoins d’une « bonne » utilisation énergétique du SC.

 Zone 3 - à haute fréquence (freq. > 0,2 Hz) : cas idéal pour la PAC ; à partir de cette zone sa part de prise en charge du courant devient constante et de l’ordre de 10%

pour ce montage. En revanche, pour une utilisation dans cette zone uniquement, on

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peut se poser la question de réduire la taille du stockage de manière à faire correspondre la zone d’utilisation avec la limite de la zone 2.

D’après le paragraphe 3.1.3.3, il devrait apparaitre une quatrième zone située au niveau des hautes fréquences (tracée en pointillés). En effet, d’après la Figure III.15, la répartition des courants est plus importante à l’échelle de temps des pics. La constante de temps de ces répartitions semble être de l’ordre de 0,3 ms à 1 ms, ce qui devrait situer cette quatrième zone aux environs de 1kHz et au-delà. Compte tenu des difficultés à monter haut en fréquence tout en conservant un signal de forme sinus sur la charge, ces mesures n’ont pas été réalisées sur ce montage.

De plus, nous n’allons pas cacher que ces phénomènes n’ont été identifiés qu’après cette campagne d’essais. En effet, pour les deux dernières décades (côté HF) la part de prise en charge du courant par la PAC semblait en plus évoluer : nous n’avons alors pas cherché à aller plus loin en fréquence.

Figure III.19 : Amplitude du courant pris en charge par la PAC lors de l’application de sinus 0..50A à l’ensemble hybridé pour différentes fréquences