Electrotechnique

Détails

Catégorie : Electrotechnique

Publication : mercredi 14 octobre 2020 14:24

Écrit par Bensky

Affichages : 7695

Electrotechnique (véhicule hybride et électrique)

Ce site vous permettra de mieux comprendre l'électrotechnique et plus particulièrement la conversion d'énergie.  

L’électrotechnique se rapporte « aux applications pratiques de l'électricité, à la science étudiant ces applications¹ ». Elle concerne par exemple la production, le transport, la distribution, le traitement, la transformation, la gestion et l’utilisation de l’énergie électrique. Parfois appelée « génie électrique », elle remonte à l'invention d'un électromètre, en 1600, par William Gilbert, permettant à déterminer la présence des charges électriques et à l'invention d'un générateur électrostatique, en 1672, par Otto von Guericke, permettant de séparer des charges électriques avec une machine.

Pour ce site, nous expliquerons l'électrotechnique qui regroupe l'électronique de puissance via la conversion d'énergie et les machines électriques. 

élément de puissance.

Nous étudierons plus particulièrement les composants d'électronique de puissance. 

• initiation électronique de puissance.
• Transistor de puissance
• Diode de puissance
• Self et transfo de puissance.

conversion d'énergie

A l'aide de ces composants, nous étudierons la conversion d'énergie. 

Voici les différentes transformations de conversion d'énergie.  

• Conversion énergie DC/DC : Hacheur
  • Montage Abaisseur de tension Buck
  • Montage élévateur de tension Boost
  • Montage Abaisseur - élévateur de tension : Buck boost
  • CUK
  • SEPIC
  • Conversion à isolation galvanique : 
    • Flyback 
    • Forward
• Conversion énergie DC/AC : Onduleur
• Conversion énergie AC/DC : Redresseur
• Conversion énergie AC/AC.  Gradateur

Conversion d'énergie à résonnance: 

Ensuite, je vous présenterais les conversion d'énergie plus complexe et sophistiqués comme les conversions d'énergie à résonnance. 

Je vous présenterais une application industrielle avec une conversion d'énergie à résonnance. 

Machine électrique

Au niveau des machines électriques, il y a plusieurs types de machine électrique. 

• Machine à courant continu. 
• Machine triphasé Synchrone.
• Machine triphasé asynchrone. 
• Machine à réluctance variable.

Pour bien comprendre les machines synchrones et asynchrone, il faudra d'abord avoir étudié les courants et tensions triphasés. 

Chaque machine sera détaillée dans une partie indépendante.

Machine à courant continu

Une machine à courant continu est une machine qui permet de générer un mouvement rotatif à partir d'une tension continu

Pour faire fonctionner une machine à courant continu, on utilise un hacheur en utilisant la self du moteur. on crée ainsi une force électromotrice qui permet de générer un couple et permet faire tourner la machine à courant continu. (U=E+RI)

Pour plus de détail, voir présentation de la machine à courant continu. 

Machine synchrone :

Une machine synchrone est une machine qui fonctionne en triphasé, c'est à dire avec trois courant et tensions qui sont déphasé de 2pi/3. Ces machines triphasées sont utilisés pour les véhicules électriques. une machine triphasé comme la machine synchrone, utilise la force de laplace pour faire tourner la machine. Ainsi, on crée un champ magnétique B à l'aide d'une bobine ou on injecte un courant et l'ensemble génère une force FL qui fait tourner la machine électrique. (FL=i.B^L). une machine électrique est composé d'un stator et d'un rotor, le stator est la partie fixe et qui permet de faire l'excitation et ainsi de faire tourner le rotor qui est la partie mobile. 

Une machine synchrone est une machine électrique triphasée dont la vitesse de rotation de ces machines est toujours proportionnelle à la fréquence des courants qui les traversent, au contraire d'une machine asynchrone. 

Pour plus de détail, voir présentation de la machine synchrone. 

Machine asynchrone :

Une machine asynchrone est une machine électrique triphasé dont la vitesse de  rotation de ces machines n'est pas forcément synchronisée avec la fréquence des courants qui les traversent.

Après avoir expliqué les conversions d'énergie et les machines électriques, je vous présenterais les véhicules hybrides avec les composants hybrides et ensuite les véhicules électriques. 

véhicule hybride, électrique et ses composants. 

Il a été défini plusieurs mode de véhicule hybride au niveau des véhicules. 

• Micro hybrid
• Mild hybrid
• Full hybrid
• Plug in hybrid

Pour réussir ces véhicules, il faut réaliser les composants suivants. 

composants hybrides : 

Micro hybrid : ISTARS

Pour un micro hybrid, on utilise un alternateur démarreur reversible. Ce composant permet de réaliser la fonction stop and start. (voir présentation d'un alternateur démarreur réversible ISTARS).

On peut utiliser aussi un démarreur renforcé pour réaliser cette fonction.

(voir présentation d'un démarreur renforcé).

Mild hybrid : Machine électrique (IBSG)

Pour un mild hybrid, on utilise une machine électrique intégré (IBSG). Ce composant permet de réaliser une assistance électrique au moteur thermique. 

(voir machine électrique IBSG.) 

Full hybrid : Chaine de traction électrique

Ensuite pour un full hybrid, on utilise une chaine de traction électrique complète. cette chaine permet de réaliser un véhicule hybride avec un partie électrique performante. Pour cette partie, on peut réaliser des véhicules hybrides avec des passages électriques de 40km d'autonomie.

La chaine électrique est composé des éléments suivants :

• Une machine électrique 400V
• Un onduleur DC/AC
• Un convertisseur DC/DC
• Une batterie DC/DC 400V
• Une batterie 12V. 

(voir présentation chaine de traction électrique)

Plug in hybrid : réseau de charge OBC

Pour un plug in hybrid, on utilise un réseau de charge (OBC). ce réseau de charge permet de réaliser la charge pour un véhicule hybride plug in. (voir réseau de charge). 

Véhicule hybride

Pour les véhicules hybrides, je détaillerais ainsi les fonctionnalités et le comportement pour les véhicules suivants : 

• Véhicule Micro hybride et ses fonctions STT.
• Véhicule mild hybrid et ses fonctions d'assistances électriques. 
• Véhicule full hybrid
• Véhicule plug in hybrid
• véhicule hybrid série.

Véhicules électriques

Pour les véhicules électrique, je présenterais l'architecture avec une chaine de traction électrique.

Je présenterais ainsi toutes les fonctionnalités d'un véhicule électrique et comment on crée un véhicule électrique. 

De plus après, j'expliquerais comment on peut réussir à faire un pack batterie de 1000km d'autonomie. 

Au niveau du véhicule électrique, il y a trois catégories de véhicule électriques. 

véhicule électrique à 100km Autonomie.

Le véhicule électrique à 100km Autonomie : ce véhicule a été réalisé en 2010 pour permettre de montrer les premiers véhicule électriques. il était composé d'une batterie 400V de puissance à peine 10KW/H, ce qui faisait à peine une autonomie de 100km. A cette époque, on ne pouvait pas faire autrement car on devait implanter une batterie 400V avec une machine électrique avec une conversion d'énergie sur un véhicule thermique. Les constructeurs ont ainsi vécu avec ces véhicules à faible autonomie. 

véhicule électrique à 400km Autonomie.

Ensuite, du fait des progrès au niveau des batteries, on a pu réaliser des batteries plus puissante, ajouter des cellules au niveau des batteries et ainsi réaliser des batteries de 40KW/h ce qui permettait de faire un véhicule électrique de 400km Autonomie. Ces packs batteries ont été retravailler au niveau sécuritaire pour éviter qu'ils prennent feu. Les constructeurs ont effectivement, séparé les cellules pour éviter qu'en cas de court-circuit, le feu se propage et renforcer les packs batteries pour éviter d'être endommagé en cas de choc. Grâce à tout ce travail, les packs batteries ont été améliorés et permettent d'atteindre un niveau de 400km d'autonomie, mais ce n'est pas encore suffisant car en comparaison, les véhicules thermiques ont une autonomie de 1000km. 

il a été estimé que les véhicules électriques seront performants et très attractifs à partir du moment, ou il atteindront 1000km d'autonomie. 

véhicule électrique à 1000Km Autonomie.

Pour atteindre des véhicules de 1000km d'autonomie, il faut retravailler les packs batteries. Pour le moment, les packs batteries ont atteint leur niveau maximal au niveau de l'encombrement pour un véhicule électrique, on ne pourra pas augmenter la taille des packs batteries, c'est pour cela qu'il faudra gagner en efficacité pour les batteries des véhicules électriques au niveau de la charge et de la décharge. 

Pour augmenter l'efficacité des batteries, il faut retravailler soit la composition de la batterie, soit les composants de la batterie. 

Pour la composition de la batterie : pour l'instant, les batteries sont des lithiums ion et sont les plus performantes du marché, par contre ce sont des électrolytes liquides. Pour les modifier, on peut soit les transformer en batterie solide ce qui évitera qu'elles prennent feu ou soit les transformer avec des nouvelles propriétés comme des batteries au sodium.. je ne pourrais pas en dire plus pour le moment.  (voir présentation des nouvelles batteries). 

Pour les composants de la batterie : pour l'instant, les batteries sont composés d'électrodes qui sont dans une électrolyte liquide. Actuellement, des travaux sont réalisés pour tester des nouvelles électrodes de batteries avec des nouveaux matériaux. on peut estimer qu'avec ces électrodes, on peut ainsi gagner en efficacité et permettre d'atteindre les 1000km d'autonomie. Ensuite, il faudra industrialiser le process pour qu'il puisse être produit en série. 

De plus, les batteries sont équipées  d'une gestion de surveillance appelé BMS (Battery monitoring system). Cette gestion de batterie permet de surveiller les batteries et permettent d'éviter que les batteries chauffent trop en température, ou soit déséquilibré en tension. Ainsi, pour le BMS, on met en place des interrupteurs pour chaque cellule pour éviter la surchauffe (overheating), et on met en place une gestion de surveillance des cellules au niveau des tensions (cell balancing).  Je présenterais une architecture électrique pour une gestion de batterie efficace. 

Voir véhicule électrique nouvelle génération.  

La société CSEEP conseille sur la réalisation et le développement de ces produits.