Conception, modélisation, et simulation d'un système de traction électrique embarqué multisource

Abstract

La conception d ’un régulateur d ’énergie suit généralement une méthode très explicite d ’après les ressources énergétiques utilisées. Une des raisons principales pour étudier la conversion énergétique directe est pour chercher de nouvelles techniques pour convertir en électricité les formes actuelles des énergies primaires. On est intéressé à ce sujet, car la majorité des énergies exploitées aujourd’hui sont exhaustives et certaines parmi elles peuvent avoir un effet néfaste sur l’environnement. D ’après de récentes études, près de 30 % des énergies polluantes sont utilisées en transport. Ces systèmes embarqués nécessitent généralement deux profils énergétiques, un à capacité énergétique de longues durées et l’autre à puissance énergétique élevée. Le premier est utilisé pour les missions de longue durée en régime permanent tandis que le second est utilisé pour le régime transitoire [1, 2]. La gestion de ces deux profils s’avère très complexe. Par conséquent, une des solutions préconisées est de maximiser et de rentabiliser la conversion d’énergie pour ainsi diminuer le gaspillage et prolonger la durée de vie des ressources énergétiques qui sont avérées limitées. Cependant, cette solution ne suffit pas en elle-même à diminuer le stress électrique excessif dû à la nature ondulatoire du courant sur la source d’énergie principale. La seconde solution serait donc d’annexer à la source principale une ou plusieurs sources d’énergie d ’appoint (système multisource). Ces différentes sources se complémentent ainsi pour la mission désirée. Cette solution permettrait d’optimiser la conception des sources d’énergie aussi bien en régime permanent qu’en régime transitoire. Dans cette thèse, une recherche bibliographique sur les différents sous-systèmes utilisés lors de la conception sera présentée. Ensuite, une modélisation des différentes sources d’énergie et du groupe motopropulseur est élaborée. Dans un autre chapitre et à l’aide de l’environnement Matlab/Simulink version 6.5 R13 et de la boîte à outils SimPowerSystem, les différents modèles électriques du système de traction sont mis à l’épreuve et comparés. Trois modèles sont étudiés. Le premier représente le modèle classique (batteries - moteur), le second est nommé le modèle série (batteries - supercondensateurs - moteur) et le troisième est désigné par le modèle parallèle (batterie - supercondensateurs - pile à combustible - moteur). À l’aide de plusieurs simulations, on a démontré que le premier modèle, quoiqu’il soit le plus simple et le moins coûteux, possède un temps d’autonomie le plus faible et que les ondulations du courant de la charge imposent une diminution de la durée de vie des batteries. Le second modèle étudié permet de limiter les ondulations de courant et améliore le temps d’autonomie. Cependant, le temps de recharge des batteries est très long. Le troisième modèle étudié possède le temps d’autonomie le plus élevé et permet de recharger les sources énergétiques rapidement si on fait au préalable le plein de carburant. Comme suite aux résultats obtenus, il est suggéré que le modèle classique soit utilisé pour les missions de courtes durées et pour un profil masse-vitesse-accélération faible. Le modèle série est recommandé pour les missions de durées moyennes où le temps de recharge n ’est pas un facteur et pour un profil masse-vitesse-accélération élevé. Enfin, le modèle parallèle est préconisé pour des missions longues lorsque le temps de recharge est un facteur important et pour un profil masse-vitesse-accélération élevé. Mots-clés : Voiture électrique, batteries, supercondensateurs, pile à combustible, groupe motopropulseur embarqué, multisource, onduleur.