Résultats expérimentaux

Pour valider les algorithmes de commande proposés dans le cadre du projet PACBI, nous avons

d’abord testé le système à pile à combustible de la société PAXITECH muni de l’alimentation

développée au GREEN sur charges résistives. La description du banc de tests a été faite dans la

section 4-2. Les caractéristiques statiques tension-courant et tension-puissance des piles à

combustible de la société PAXITECH connectées en série et utilisées pour les essais sont données

sur la Fig.4-2.

________________________________________________ Chapitre 4 : Gestion de l’énergie dans les systèmes …

v ₀( 5 V/ div )

i ₀(0. 11 A/div )

V_scref -v _sc(1. 5 V/ div)

- f (pΔ in)(8% /div )

Figure 4-14 : Comportement du système après une variation positive de 10% de la valeur de la CSPAC.

v ₀( 5 V/ div)

i ₀(0. 11 A/div )

V_scref -v _sc(1. 5 V/div)

- f (pΔ in)(8% /div )

Figure 4-15: Comportement du système après une variation négative de 10% de la CSPAC.

Les figures 4-16, 4-17 et 4-18 montrent les formes d’ondes obtenues lors des phases de

démarrage du système. Comme prévu par la commande, les énergies électrostatiques (et donc les

tensions de sortie) suivent parfaitement leurs trajectoires de référence données par les équations

(4-13a)-(4-13c).

Pour vérifier le comportement de l’organe de stockage (supercondensateurs), des échelons de

tension de référence aux bornes du pack de supercondensateurs sont réalisés. Celle-ci passe de 10V

à 8V (passage en mode de décharge), et vice-versa (passage en mode de récupération). Confère les

résultats présentés sur la Fig.4-19, l’asservissement de la tension du pack de supercondensateurs se

fait correctement. Lors du passage en mode de décharge, la tension v

0

est proche de la tension à

vide de la PAC, la puissance fournie par celle-ci est donc nulle. En mode de récupération, la tension

aux bornes de la pile évolue au dessous de sa valeur nominale de manière à recharger le pack de

supercondensateurs. L’oscillation de tension observée à la fois sur le bus continu et aux bornes du

Chapitre 4 : Gestion de l’énergie dans les systèmes…_________________________________________________

imposer aux bornes de C

₀

de manière à assurer une erreur statique nulle sur la tension

supercapacitive.

Les résultats présentés sur les figures 4-20 à 4-22 permettent d’investiguer le comportement du

système lors de perturbation de charge sur l’alimentation 5V. Comme le montre les résultats

expérimentaux, on constate que la tension de sortie de l’alimentation 5V est peu affectée par les

variations de charge. Cette propriété est induite par la linéarisation utilisée pour générer la

puissance de commande et l’utilisation de régulateur de courant rapide (réponse en quelques

périodes d’échantillonnage). Avec les paramètres de commande choisis, lorsque le courant de

charge est supérieur à 3,6 A, le système passe en mode de décharge et le pack de

supercondensateurs doit fournir l’énergie manquante à la charge. La Fig.4-21 présente les allures du

courant de pile, de la tension du bus continu, de la tension et du courant supercapacitif.

i

0(0.5A/div)

v

3(6V/div)

v

₀(6V/div)

i

_{load 3}(0.4A/div)

v

1(1V/div)

v

1ref(1V/div)

y

1(2.25 mJ/div)

y

1ref (2.25 mJ/div)

Figure 4-16 : Allure de la tension et de l’énergie stockée

dans le condensateur de sortie 5V pendant une phase de

démarrage.

v

2(2V/div)

v

2ref(2V/div)

y

₁(2.25 mJ/div)

y

2ref(22.5 mJ/div)

Figure 4-17 : Allure de la tension et de l’énergie stockée

dans le condensateur de sortie 12V pendant une phase de

démarrage.

v

₃(6V/div)

v

3ref(6V/div)

y

3(45 mJ/div)

y

_3ref(45 mJ/div)

Figure 4-18 : Allure de la tension et de l’énergie stockée

dans le condensateur de sortie 24V pendant une phase de

démarrage.

i

0 (0.5A/div)

i

_sc(2A/div)

v

₀(6V/div)

v

_sc(3V/div)

v

scref

=

10V

v

scref

=8

V

Figure 4-19 : Allure des tensions aux bornes du pack de

supercondensateurs et du condensateur C

0

ainsi que des

courants fournis par le pack de supercondensateurs et la

PAC lors d’ échelons de tension de référence V

scref

de 8V à

________________________________________________ Chapitre 4 : Gestion de l’énergie dans les systèmes …

Initialement, le régime est stabilisé en fonctionnement normal, avec une tension supercapacitive

de 10 V (i.e. niveau de tension V

scref

initialement fixé à 10V), un courant de pile voisin de 0,25A,

un courant de charge de 1A sur l’alimentation 5V, et un courant supercapacitif quasi nul.

Au premier essai (t =8s), on effectue un échelon de 2A sur i

_ch1

. On peut observer une variation

rapide de courant supercapacitif alors que le courant fourni par la pile à combustible n’augmente

que lentement. Lorsqu’une variation forte de la charge (i

ch1

=5A) est imposée au système à t=100s

(p

_ch1

=150%P

_0max

), le courant supercapacitif évolue très rapidement de manière à assurer la

fourniture d’énergie à la charge alors que la puissance fournie par la pile à combustible n’évolue

que lentement. L'organe de stockage prend transitoirement le relais de la source principale, mais

aussi fournit la différence de puissance entre la pile et la charge (mode de décharge). C’est la raison

pour laquelle le courant fourni par le pack de supercondensateurs augmente au fur et à mesure que

le courant de pile atteint à sa valeur maximum. Ce comportement est observable sur la Fig.4-22 où

les puissances transitant dans le système y sont représentées.

La Fig.4-23 permet d’étudier le comportement du système lors de la phase de démarrage des

autres alimentations et notamment l’alimentation 12V. On constate alors que le niveau de tension

5V n’est pas affecté par cette phase de démarrage. De plus l’appel de puissance engendré par la

mise en fonction de la seconde alimentation est parfaitement géré par l’algorithme de gestion

d’énergie. La pile à combustible va évoluer lentement vers son nouveau point de fonctionnement,

l’organe de stockage assurant dans un premier temps l’approvisionnement en énergie puis dans un

second temps sa recharge à sa valeur nominale de fonctionnement.

Finalement, le comportement du système complet est présenté sur les figures 4-25 et 4-26. Le

profil de charge vu par les trois alimentations est détaillé sur la Fig.4-24. On peut constater que coté

pile à combustible, lors des phases de démarrage où de variations de charges, l’appel de puissance

est "lissé" grâce à l’organe de stockage. La pile à combustible ne voit donc pas de variations

brusques de puissance à ces bornes.

v

1(1V/div)

i

ch1(2A/div )

y

0 ref(0.8J/div)

y

₀(0.8J/div)

Figure 4-20 : Allure de l’énergie stockée dans le

condensateur C0 après une variation de charge aux bornes

de l’alimentation 5V.

i

0(0.5A/div )

i

sc(2A/div)

v

₀(12V/div)

v

_sc(3V/div)

Figure 4-21 : Allure des tensions aux bornes du pack de

supercondensateurs et du condensateur C

0

ainsi que des

courants fournis par le pack de supercondensateurs et la

Chapitre 4 : Gestion de l’énergie dans les systèmes…_________________________________________________

p

0(12W/div)

p

sc(24W/div)

p

ch1 (10W/div)

p

1-in(10W/div)

Figure 4-22 : Allure des puissances transitant dans le

système de système après une variation de charge aux

bornes de l’alimentation 5V (profil de charge donné sur la

Fig. 4-20).

i

0(0.25A/div)

v

0(6V/div)

v

1(1V/div)

v

2(2V/div)

Figure 4-23 : Allure des tensions v

0

, v

1

et v

2

et du

courant fourni par la PAC suite au démarrage de

l’alimentation 12V.

i

ch1 (1A/div)

i

ch2 (0.2A/div)

i

ch3 (0.2A/div) 40.0s M

Figure 4-24 : Allure des variations de charge sur les

trois alimentations 5V, 12V et 24V.

i

0(0.25A/div)

i

sc (0.8A/div)

v

sc (3V/div)

v

₀(6V/div)

i

₀(0.5A/div)

i

sc(2A/div)

v

0(6V/div)

v

sc(3V/div)

Figure 4-25 : Allure des tensions aux bornes du pack de

supercondensateurs et du condensateur C

0

ainsi que des

courants fournis par le pack de supercondensateurs et la

PAC après des variations de charge aux bornes des

alimentations 5V, 12V et 24V (profil de charge donné sur

la Fig. 4-24).

Les tests précédents ont été réalisés sur des charges résistives variables. Il est maintenant

intéressant de visualiser le comportement du système avec les charges électriques pour lesquels il a

été dimensionné. Le système complet a donc été intégré dans les bornes interactives de la société

TECHNOLIA comme le montre la Fig.4-27.

Les allures des courants - tensions des trois alimentations lors des phases de démarrage des

alimentations 5V, 12V et 24V une fois connectées à l’électronique embarquée de la borne

TECHNOLIA sont présentées sur les figures 4-28 à 4-30. Malgré les variations de courant de

charge assez brutales notamment lors de la phase de démarrage, les niveaux de tension reste

parfaitement régulés.

________________________________________________ Chapitre 4 : Gestion de l’énergie dans les systèmes …

p

0(12W/div)

p

sc (12W/div)

∑

= 3 1

j

p

chj(12W/div )

p

j-in(12W/div)

∑

= 3 1

j

Figure 4-26 : Allure des puissances transitant dans le système de système après des variations de charge aux bornes

des alimentations 5V, 12V et 24V (profil de charge donné sur la Fig.4-24).

Les photos 4-31 à 4-33 montrent les trois principales phases de fonctionnement de cette borne

de stationnement à savoir le mode "attente d’un véhicule", "détection d’un véhicule", "appel à la

police". Comme on peut le constater, le système fonctionne parfaitement dans toutes les phases de

fonctionnement.

Manomètre Pile à combustible détecteur Câble des commandes Câble d’alimentation d’hydrogène Câble de transfère de data des courants et tensions

Figure 4-27 : Intégration de l’électronique de puissance et des piles PAXITECH dans la borne de stationnement

TECHNOLIA.

Chapitre 4 : Gestion de l’énergie dans les systèmes…_________________________________________________

v₁(1V/div)

i_ch1(0,2A/div)

v₁(1V/div)

i_ch1(0,2A/div)

Figure 4-28 : Comportement de l’alimentation 5V lors du démarrage avec la borne TECHNOLIA (gauche), Zoom

(droite).

v₂(2V/div)

i_ch2(0,1A/div) i_ch2(0,1A/div)

v₂(2V/div)

Figure 4-29 : Comportement de l’alimentation 12V lors du démarrage avec la borne TECHNOLIA (gauche), Zoom

(droite).

v₃(6V/div)

i_ch3(40mA/div)

v₃(6V/div)

i_ch3(40mA/div)

Figure 4-30 : Comportement de l’alimentation 24V lors du démarrage avec la borne TECHNOLIA (gauche), Zoom

(droite).

________________________________________________ Chapitre 4 : Gestion de l’énergie dans les systèmes …

Figure 4-31 : fonctionnement de la

borne en attente de véhicule.

Figure 4-32 : fonctionnement de la

borne après détection d’un véhicule.

Figure 4-33 : fonctionnement de la

borne lors d’un appel à la police.

Dans le document Contribution à la gestion d'énergie dans les systèmes hybrides multi-sources multi-charges (Page 132-139)