Laboratoire : Darmstadt, Institute of Electrical Energy Conversion
Parution : conférence EPE-2009 BarcelonaIntérêt : Simulation appliquée d’un véhicule 100% électrique
Dans cet article, les auteurs ont simulé avec matlab-simulink un véhicule 100% électrique, la Smart Fortwo.
Il y a beaucoup de valeurs numériques intéressantes.
La modélisation de la motorisation prend en compte quatre forces : resistance to rolling, air drag, the inertia and road grade resistance.
Il y a beaucoup de valeurs numériques intéressantes.
La modélisation de la motorisation prend en compte quatre forces : resistance to rolling, air drag, the inertia and road grade resistance.
Une cartographie du rendement du réducteur est proposée.
Le moteur électrique, de référence Brusa HSM 6.17.12, est une machine synchrone à AP de 85Nm-40kW-4500tr/min. Sa masse est de 53 kg son diamètre externe de 270mm, la longueur totale est de 245mm.
Pour le calcul des pertes cuivre sont prises en compte les pertes supplémentaires dues au flux de fuite.
Pour la vitesse nominale (stator frequency fs = 175 Hz), les pertes cuivre sont augmentées de 3.6% et pour la vitesse maximale 11000 tr/min (fs = 510 Hz) de 31%.
Les pertes fer sont séparées en des pertes par hystérésis (1,3W/kg-1T-50Hz ; kh2=50) et en des pertes par courants de foucault (0,4W/kg-1T-50Hz ; αp=0,062).
C’est la valeur crête de l’induction dans les dents et dans la culasse, qui est utilisée, dans un modèle sinus, avec une augmentation des pertes de 80% (dent) et de 50% (culasse) en raison des détériorations des tôles lors de la réalisation de la machine.
Les pertes dans les roulements sont proportionnelles à la vitesse (264W@11000tr/min), ce qui se traduit par un couple de frottement sec de 0,12 Nm par pallier.
Les pertes aérodynamiques sont aussi précisées (4W@4000tr/min; 45W@11000tr/min).
Le moteur électrique, de référence Brusa HSM 6.17.12, est une machine synchrone à AP de 85Nm-40kW-4500tr/min. Sa masse est de 53 kg son diamètre externe de 270mm, la longueur totale est de 245mm.
Pour le calcul des pertes cuivre sont prises en compte les pertes supplémentaires dues au flux de fuite.
Pour la vitesse nominale (stator frequency fs = 175 Hz), les pertes cuivre sont augmentées de 3.6% et pour la vitesse maximale 11000 tr/min (fs = 510 Hz) de 31%.
Les pertes fer sont séparées en des pertes par hystérésis (1,3W/kg-1T-50Hz ; kh2=50) et en des pertes par courants de foucault (0,4W/kg-1T-50Hz ; αp=0,062).
C’est la valeur crête de l’induction dans les dents et dans la culasse, qui est utilisée, dans un modèle sinus, avec une augmentation des pertes de 80% (dent) et de 50% (culasse) en raison des détériorations des tôles lors de la réalisation de la machine.
Les pertes dans les roulements sont proportionnelles à la vitesse (264W@11000tr/min), ce qui se traduit par un couple de frottement sec de 0,12 Nm par pallier.
Les pertes aérodynamiques sont aussi précisées (4W@4000tr/min; 45W@11000tr/min).
La modélisation thermique, par réseau de résistances, permet de vérifier que le point chaud, situé dans les bobinages, ne dépasse pas la valeur de 155°C, car les isolants sont de classe F. Mais aucune indication sur le refroidissement de la carcasse.
Pour l’onduleur, les pertes de conduction sont estimées à partir d’un modèle résistance-tension pour les transistors igbt et de la formulation (13). Pour les pertes de commutation : règle de trois avec Eon et Eoff. Idem pour les diodes. Pour le point nominal 40kW-4500tr/min : IN = 96.8 A, UN = 187 V, f = 175 Hz (fd=12 kHz). Les pertes sont (igbt_conduction, igbt_découpage, diode_conduction, diode découpage) : PT,C = 50.8 W, PT,S = 18.7 W, PD,C = 10.7 W, PD,S = 48.8 W et de 774 W au total.
La puissance demandée par les auxiliaires est estimée à 150W. Rien pour le confort (chauffage-clim) de l’habitacle, alors que la puissance demandée pour atteindre 5-8 kW. Le modèle de la batterie est U0-Ri (fig 4-a).
Pour l’onduleur, les pertes de conduction sont estimées à partir d’un modèle résistance-tension pour les transistors igbt et de la formulation (13). Pour les pertes de commutation : règle de trois avec Eon et Eoff. Idem pour les diodes. Pour le point nominal 40kW-4500tr/min : IN = 96.8 A, UN = 187 V, f = 175 Hz (fd=12 kHz). Les pertes sont (igbt_conduction, igbt_découpage, diode_conduction, diode découpage) : PT,C = 50.8 W, PT,S = 18.7 W, PD,C = 10.7 W, PD,S = 48.8 W et de 774 W au total.
La puissance demandée par les auxiliaires est estimée à 150W. Rien pour le confort (chauffage-clim) de l’habitacle, alors que la puissance demandée pour atteindre 5-8 kW. Le modèle de la batterie est U0-Ri (fig 4-a).
Les auteurs indiquent qu’une msap est meilleure qu’une mas lorsque l’utilisation est à faible charge. De plus, la msap a une plus grande capacité de surcharge.
L’ensemble des modélisations permet de simuler l’autonomie du véhicule. Le résultat est de 121 miles, soit 17,2 fois un cycle FTP-72.
L’effet de la récupération d’énergie est simuler et le gain est quantifier .
La puissance de pointe demandée à la batterie est simulée.
Des simulations à vitesses constantes (120 et 150 km/h) et des simulations d’accélération sont proposées.
Critiques :
· Modèle pertes fer : quid des inductions non sinus ?
· Impact des erreurs des modèles sur les simulations globales. Simulations avec prises séparées des différentes pertes.
· La récupération d’énergie se fait ‘’tranquillement’’. Quid du conducteur de la smart ?
· Pour la modélisation thermique, le point initial est à 25°C. Une estimation de la température du liquide de refroidissement doit être faite.
Références bibliographiques
[1] California Environmental Protection Agency, Air Resources Board: “The California Low-Emission Vehicle
Regulations”, with amendments effective January 4, 2008.
[2] Delphi Corporation: “Worldwide Emissions Standards”, 2008.
[3] Robert Bosch GmbH:“Automobile Handbook“ (in German): “Kraftfahrtechnisches Taschenbuch”, 25.
Auflage, Friedr. Vieweg & Sohn Verlag, 2004.
[6] www.smart.com
[7] M. Mitschke „Dynamic of cars“ (in German) „Dynamik der Kraftfahrzeuge“, Springer 2002.
[8] P.v.d. Bossche „Assessment of the sustainability of battery technologies through the SUBAT project“, 2005, http://etecmc10.vub.ac.be/publications/2005VandenBossche216.pdf
[9] Infineon Technical information FS200R06KE3, 2006.
[10] A. J,.Allen, R. Beardmore, R. Nash, “Generic Integrated Systems Modelling for Low Carbon, Zero Emission and Concept, Whole Vehicle, Simulation” Hybrid and Eco-Friendly Vehicle Conference, 2008. IET HEVC 2008, Warwick, UK
[11] D. Schroeder, “Electrical Drives” (in German) “Elektrische Antriebe”, Springer Verlag, 1994
Salut et merci Manu pour ce résumé. Je vais moi aussi essayer dans la mesure du possible d'alimenter cet espace communautaire.
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