Résultats de la commande locale obtenus par simulation

La structure de la source hybride et sa commande locale ont été intégrées dans une plateforme de simulation (MATLAB/SIMULINK). Les résultats présentés par la suite sont obtenus avec la configuration suivante :

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 Tension initiale coté batterie VBatt_init = 12.8 V,

 Tension initiale coté supercondensateurs VSC_init = 8.1 V,

 Tension bus DC de référence VRéf = 16 V,

 Constante de temps du filtre τ = 35 s,

 Courant de recharge des supercondensateurs ISC_Charge= 30 A,

 Courant de recharge de la batterie IBatt_Charge = 30 A,

 Priorité de recharge (phase de freinage) = priorité donnée aux supercondensateurs. La constante de temps τ du filtre décrit la dynamique du filtre, dans notre cas, elle caractérise le partage de puissance entre les deux sources. La tension de référence VRéf

correspond à la valeur désirée au niveau de la tension de bus continu d’après le cahier des charges. ISC_Charge et IBatt_Charge sont les valeurs de référence courant pour recharger respectivement les supercondensateurs et la batterie. Nous simulons un partage fréquentiel entre batterie et supercondensateurs avec la configuration τ = 35s du filtre et nous interprétons les résultats obtenus. Le choix de cette valeur est fait pour faire apparaître différentes situations de comportement de la source hybride telle que l’indisponibilité des supercondensateurs (VSC < 4,05V).

A. Résultat de partage fréquentiel en puissance

L’objectif de cette simulation est de valider le concept théorique du partage fréquentiel de puissance discuté lors de la conception de la commande locale (cf. §2.5.1 Couche d’asservissement). Nous considérons pour cela une portion du nouveau cycle européen de conduite NEDC (cf. Figure 2.25). Ce trajet de 170 s correspond à la partie urbaine du cycle NEDC qui se répète 4 fois pour ce dernier (cf. Annexe A). Celui-ci est intégré dans la simulation grâce à une source de courant bidirectionnelle représentative des besoins en courant du véhicule (génération / récupération d’énergie).

Figure 2.25 : Profil de conduite en courant

Les résultats présentés par la suite concernent les profils de tensions, de courants et de puissances de la source hybride (batterie + supercondensateurs + commande locale).

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Les formes d'onde des tensions de la batterie (VBatt), des supercondensateurs (VSC) et du bus de tension continue DC (VBUS) sont représentées sur la Figure 2.26. Nous remarquons que la tension du bus DC est maintenue constante à la valeur désirée durant le trajet considéré. La tension de la batterie VBatt diminue légèrement en fonction de l’augmentation de la demande d'énergie. Les supercondensateurs sont parfois chargés parfois déchargés, mais toujours maintenus à une tension comprise entre 4,05V et 8,1 V.

Figure 2.26 : Evolution des tensions VBatt, VSC, VBus

 Profils de puissances

Les chronogrammes relatifs aux transferts de puissances sont présentés sur la Figure 2.27 ce qui permet d’interpréter le comportement des sources d’énergie et de vérifier le bilan de puissance de notre système hybride. Notons qu’une valeur positive de puissance implique que la source d’énergie est en phase de décharge et qu’une valeur négative représente la recharge de l’élément de stockage. Nous remarquons bien que l’équilibre de la puissance exprimé par l’équation (2.23) est toujours conservé pour les différents cas d’utilisation.

SC Batt

Bus P P

P  

PBatt est la puissance côté batterie,

PSC la puissance côté supercondensateurs, PBus la puissance côté bus continu.

Comme prévu lors de la conception de l’algorithme de gestion sur le partage fréquentiel de puissance, la batterie délivre les demandes permanentes de puissance. Les supercondensateurs prennent en charge les transitoires de puissance tant qu’ils ont suffisamment d’énergie disponible (VSC > 4.05 V) (cf. Figure 2.27 (mode 1)). Dans le cas contraire, c’est la batterie

qui fournit toute la puissance demandée par la charge (cf. Figure 2.27 (mode 2)). Lorsque la puissance absorbée par la charge est plus faible que la puissance fournie par les batteries (PBatt), la différence de puissance est acheminée vers les supercondensateurs pour les

(2.23)

4.05 V 8.1 V

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recharger (cf. Figure 2.27 (mode 3)). Pendant les phases de freinage, la priorité est de recharger les supercondensateurs, si leur état l’autorise (cf. Figure 2.27 (mode 4)).

Figure 2.27 : Evolution des puissances PBatt, PSC, PBus sur une portion de cycle NEDC

 Profils de courants

Les formes d'onde de courant représentées sur la Figure 2.28 confirment encore que la batterie fournie un courant quasi-constant et que les supercondensateurs supportent les transitoires de puissance tant qu’ils sont disponibles.

Figure 2.28 : Evolution des courants IBatt, ISC, IBus sur une portion de cycle

B. Influence du changement des paramètres de l’algorithme de partage fréquentiel de puissance sur les performances du système

La constante de temps τ du filtre caractérise le partage fréquentiel de puissance. Typiquement, un changement de cette valeur (τ) influe sur le comportement des sources, et

Mode 1

Mode 4

Mode 2

63

par conséquent sur leurs performances. Dans cette partie, nous avons varié cette valeur pour voir l’impact de sa variation sur l’évolution des tensions, des courants et des puissances.

L'augmentation de τ améliore le lissage du courant de la batterie, mais puisque cette augmentation sollicite trop les supercondensateurs, alors leur décharge est plus fréquente. Dans ce cas, les supercondensateurs restent donc plus souvent non disponibles (VSC <= 4,05 V) et donc les batteries sont sollicitées plus longtemps pour fournir seules les demandes de puissance de la charge. Dans ce qui suit, nous décrivons plus en détail l’influence de la variation de τ sur les paramètres de la source hybride en termes de tensions, courants, et puissances.

 Profils de tensions

Pour différentes valeurs de la constante de temps τ, l’évolution des tensions (VSC, VBus, VBatt) est indiquée sur la Figure 2.29.

4.05 V Indisponibilité des SCs  = 35 s SCs déchargés  = 0 s  = 10 s SCs disponibles

64 Figure 2.29 : Evolution des tensions avec différentes valeurs de 

 Profils de courants

Pour différentes valeurs de la constante de temps τ, l’évolution des courants (ISC, IBus, IBatt) est indiquée sur la Figure 2.30.

 = 150 s  = 0 s SCs déchargés  = 10 s  = 35 s Indisponibilité des SCs

65 Figure 2.30 : Evolution des courants avec différentes valeurs de 

 Profils de puissances

Pour différentes valeurs de la constante de temps τ, l’évolution des puissance (PSC, PBUS, PBatt) est indiquée sur la Figure 2.31.

 = 150

s

 = 0 s

 = 10 s

66 Figure 2.31 : Evolution des puissances avec différentes valeurs de 

Les résultats des simulations représentés sur les Figure 2.29, Figure 2.30 et Figure 2.31 confirment qu'avec des valeurs de constante de temps (τ) élevées, les courants de la batterie sont plus lissés lorsque la batterie et les supercondensateurs répondent ensemble à la puissance demandée par la charge. Cependant, l'augmentation de τ présente l'inconvénient de limiter la disponibilité des supercondensateurs. A un certain moment, cela influe significativement sur l'augmentation des sollicitations en courant de la batterie puisqu’elle passe plus de temps à fournir seule la demande en puissance de la charge.

La meilleure valeur de constante de temps du filtre (τ) correspond à un compromis entre le taux de lissage du courant de la batterie et les temps d'indisponibilités des supercondensateurs. La valeur efficace du courant de la batterie est liée à la sollicitation thermique appliquée et représente donc un facteur majeur de leur vieillissement. Afin de choisir la constante de temps optimale, nous faisons varier la valeur τ et déterminons à chaque fois la valeur efficace du courant côté batterie. La variable IRMSBatt est la valeur efficace du courant exprimé par (2.24) :





I

N

IRMS

²

1

Pour chaque valeur de τ, nous enregistrons une valeur efficace IRMSBatt. Les résultats obtenus sont mentionnés dans le tableau 2.9 ci-dessous et présentés sur la Figure 2.32.

Tableau 2.9 : Courant efficace IRMSBatt pour différentes valeurs de τ

τ (s) 0 5 8 10 15 20 25 35 80 150

IRMS

(A) 10 8.72 7.92 7.56 7.83 7.9 8.03 8.17 8.4 8.6

(2.24)  = 150

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Figure 2.32 : Valeur du courant efficace IRMSBattpour différentes valeurs de τ