Modélisation et simulation d'une chaine de recharge rapide

Thèmes abordés

ESIGELEC, recharge rapide, normes européennes, Automobile, véhicule électrique, surcharge, recharge filaire, borne de charge, prise de courant, recharge à induction, résonance magnétique, recharge capacitive, bidirectionnalité, sources d'énergie, Énergie solaire, énergie renouvelable, panneaux solaires, conductance incrémentale, réseau électrique, courbe du courant, courbe de la tension, onduleur, transformateur, circuit de compensation, logiciel Matlab, batterie de stockage, mobilité, écologie

Résumé du document

À la suite d'une évolution des normes européennes, les constructeurs automobiles doivent respecter certaines émissions de CO2. À partir de 2021, la nouvelle norme Euro 6 finale impose 95g/100km de CO2. L'industrie automobile connaît donc une transformation technologique majeure. Dans le monde de l'automobile, on parle « d'électrification des véhicules ».
(...) Afin de pallier cette problématique, on se dirige vers de nouvelles technologies de bornes comme les V2E « Vehicle To Everything » ou encore V2G « Vehicle to Grid ».
L'intégration de ces technologies sur les Smart Grids va permettre de répondre à des problématiques d'économie, de sécurité du réseau et de consommation. De plus, l'intégration des énergies renouvelables représente un réel support pour le réseau. C'est en utilisant le stockage des véhicules électriques que les Smart Grids pallient l'intermittence de ces sources d'énergie. Cela permet aux véhicules électriques de recharger le véhicule la nuit ou en journée (au moment où le prix de l'électricité est le plus faible) et de revendre l'énergie en soirée (au moment où le prix est le plus fort).
L'objectif de ce projet est de modéliser et simuler une chaîne de recharge rapide destinée aux véhicules électriques.
Afin de couvrir tout le territoire, nous devons adapter notre système afin de répondre au mieux aux besoins du client comme pour les sites isolés du réseau électrique. L'enjeu est donc de développer un système capable de recharger un véhicule électrique par le biais du réseau ou d'une source secondaire.

Extraits

[...] Pour effectuer cette simulation, nous utilisons un transformateur qui représentera la bobine émettrice et réceptrice du système. Pour que cette transmission d'énergie fonctionne, il faut que notre tension et donc notre courant soit en alternatif. C'est pour cette raison que nous avons placé un onduleur DC/AC avant la transmission sans fil. Les différentes architectures d'onduleur sont présentées dans le tableau ci-dessous : L'onduleur en demi-pont L'onduleur en pont L'onduleur à point milieux Nous avons décidé d'utiliser le montage en pont qui est un schéma assez simple et efficace. [...]

[...] Nous retrouverons donc des parties similaires avec la charge sans fil. Les parties communes sont : les panneaux solaires commandés en MPPT, Convertisseur DC/DC boost, Batterie de stockage des panneaux solaires et enfin le Smart Switch. Pour la recharge filaire, il y a deux modes de charges : le mode AC et le mode DC. Nous avons choisi ces deux modes afin que notre système soit compatible avec tous les véhicules sur le marché. En effet, certains véhicules ne disposent pas forcément de la Charge DC vendu par le constructeur contrairement à la charge AC qui est obligatoire, car les utilisateurs doivent avoir la possibilité de se recharger depuis leur domicile. [...]

[...] L'algorithme INC est une version avancée de l'algorithme qui minimise les problèmes du P&O mentionnés ci-dessus. C'est pour cette raison que nous avons fait le choix d'implémenter un algorithme à conductance incrémentale : Pour le dimensionnement de nos panneaux solaires, nous avons choisi le module PV Heliene 60P220. Voici ci-dessous les caractéristiques de ce module : Données Valeurs Puissance maximale 221,952 W Nombre de cellules 60 Tension en circuit ouvert 36,6 V Courant de court-circuit 8,18 A Tension à la puissance maximale 28,9 V Courant à la puissance maximale 7,68 A Figure 15 : Tableau des caractéristiques du module PV retenu Nous rappelons que l'objectif est de pouvoir alimenter la batterie de stockage en 400V et 40A. [...]

[...] Le circuit équivalent de la cellule solaire est représenté par le schéma suivant : Figure 12 : Modèle équivalent d'une cellule PV Comme la cellule PV est constituée d'un matériau semi-conducteur, elle présente des caractéristiques non linéaires, c'est-à-dire que sa puissance de sortie varie avec la variation du niveau d'ensoleillement incident et de la température ambiante. Grâce à l'amélioration rapide de l'augmentation de l'efficacité et réduction du coût de fabrication de la cellule PV, l'énergie solaire devient une source d'énergie plus prometteuse. Un système d'énergie renouvelable nécessite un convertisseur approprié, car il génère de l'énergie non régulée. Pour cela, on utilise principalement un convertisseur « boost » pour fournir une haute tension à la charge ou pour pouvoir se raccorder au réseau électrique. [...]

[...] Enfin, un redresseur et un convertisseur DC-DC « buck » intégrés permettent de recharger la batterie dans le véhicule. Voici ci-dessous la chaîne d'énergie du montage. Rappel du cahier des charges et des spécifications Le secteur automobile connaît une hausse de la transformation technologique dans un contexte où les préoccupations environnementales représentent des enjeux majeurs. La diminution d'émission de CO2 devient un axe important pour les constructeurs et ils commencent à développer de plus en plus des concepts-cars "propres" comme le véhicule électrique le véhicule hybride et le véhicule hybride rechargeable (VHR). [...]