CM EE 2024-2025 PDF

Energie embarquée Lionel VIDO 05-11-2024 [email protected]  2 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Plan Organisation ▫ Séquence pédagogique ▫ Modalit...

Energie embarquée Lionel VIDO 05-11-2024 [email protected]  2 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Plan Organisation ▫ Séquence pédagogique ▫ Modalités de Contrôle des Connaissances Cours ▫ Objectifs ▫ Contexte ▫ VE vs VT ▫ Modélisation ▫ A retenir  3 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Plan Organisation ▫ Séquence pédagogique Séquences Comportement Contenu des enseignements ▫ Modalités de Contrôle des Connaissances Cours ▫ Objectifs ▫ Contexte ▫ VE vs VT ▫ Modélisation ▫ A retenir  4 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Organisation – séquence pédagogique Séquences d’1h30 ▫ 2 séances de Cours Magistraux ▫ 8 séances de Travaux Dirigés ▫ 10 séances de Projet Comportement ▫ Les retards ne peuvent être supérieurs à 15 min Etudiants : compte comme une absence justifiée Enseignant : 0,25 points supplémentaires à la moyenne de tous les étudiants en cas de retard supérieur à 15 minutes ▫ Discussion en cours : inutile d’aborder ce point à votre niveau ▫ Objets connectés : non autorisés  5 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Organisation – séquence pédagogique Contenu des enseignements ▫ CM : énergie embarquée (3h) ▫ TD : Modélisation onduleur (1h30) Modélisation machines synchrones (3h) Commande machines synchrones (3h) Dimensionnement machines synchrones (4h30) ▫ Projet : évaluation de la consommation énergétique d’un véhicule électrique (15h)  6 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Plan Organisation ▫ Séquence pédagogique ▫ Modalités de Contrôle des Connaissances Cours ▫ Objectifs ▫ Contexte ▫ VE vs VT ▫ Modélisation ▫ A retenir  7 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Organisation - MCC Evaluation pour chaque étudiant i (note Ni) ▫ 1 note de projet NPRi ▫ 1 note de contrôle continu NCCi dépendant de la présence en cours : La valeur initiale de NCCi est nulle NCCi s’incrémente de 1 à chaque présence à une séquence de 1h30. ▫ Nre est le nombre de retards (>15 min) de l’enseignant 0,9 0,1 0,25  8 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Plan Organisation ▫ Séquence pédagogique ▫ Modalités de Contrôle des Connaissances Cours ▫ Objectifs ▫ Contexte ▫ VE vs VT ▫ Modélisation ▫ A retenir  9 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Objectifs Dimensionner l’ensemble d’une chaîne de traction d’un véhicule électrique pour évaluer sa consommation électrique ▫ Maîtriser les aspects théoriques ▫ Mettre en œuvre une solution logicielle Prérequis ▫ Électronique de puissance : onduleur, MLI ▫ Electrotechnique : machines électriques ▫ Automatique linéaire continue : fonctions de transfert, diagrammes de Bode, synthèse de correcteurs ▫ Capteurs et instrumentation ▫ Mathématiques : matrices, transformées de Laplace  10 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Plan Organisation ▫ Séquence pédagogique ▫ Modalités de Contrôle des Connaissances Cours ▫ Objectifs ▫ Contexte Part du secteur des transports Part du secteur routier Potentiel du parc des véhicules électriques ▫ VE vs VT ▫ Modélisation ▫ A retenir  11 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Contexte Objectif : atténuer la dépendance des transports routiers vis-à-vis du pétrole et réduire la facture énergétique ▫ Secteur des transports : Part des émissions de GES (Gaz à Effet de Serre) dues à 41% des émissions de GES la combustion d’énergie en 2018 (2018) 28% de la consommation d’énergie finale (2020) Sources : - https://www.statistiques.developpement- durable.gouv.fr/edition-numerique/chiffres-cles-du-climat/7- repartition-sectorielle-des-emissions-de - https://www.statistiques.developpement- durable.gouv.fr/edition-numerique/bilan-energetique-2019/28- 55-transports--stabilite-de Part de la consommation finale énergétique par secteur  12 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Contexte Emissions de GES 4,2 0,6 3,2 Atténuer la dépendance des transports routiers vis-à-vis du pétrole et réduire la facture 92 énergétique Routier Aviation domestique Ferroviaire Autres ▫ Secteur routier : Part des émissions de GES dans le secteur des 92% des émissions de GES transports en 2019 Consomation finale (2018) 3,5 1,9 1,3 93% de la consommation d’énergie finale (2019) Sources : - https://www.statistiques.developpement- durable.gouv.fr/edition-numerique/chiffres-cles-du-climat/7- repartition-sectorielle-des-emissions-de 92,9 - https://www.statistiques.developpement- durable.gouv.fr/edition-numerique/bilan-energetique-2019/28- Routier Aviation domestique Ferroviaire Autres 55-transports--stabilite-de - https://www.notre-environnement.gouv.fr/themes/climat/les- Part de chaque mode dans la consommation finale emissions-de-gaz-a-effet-de-serre-et-l-empreinte-carbone- ressources/article/les-emissions-de-gaz-a-effet-de-serre-du- énergétique des transports en 2019 secteur-des-transports  13 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Contexte Vente (%) des véhicules (France 2020, 1,65 millions de véhicules)  14 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Contexte Depuis 2015, les particuliers représentent la majorité (près de 60%) des acheteurs de véhicules électriques Source : https://www.fiches-auto.fr/articles-auto/chiffres-de-l-auto/s-1941-evolution-du-nombre-de-voitures-electriques-vendues-en-france.php  15 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Plan Organisation ▫ Séquence pédagogique ▫ Modalités de Contrôle des Connaissances Cours ▫ Objectifs ▫ Contexte ▫ VE vs VT Comparaison des motorisations Part des coûts sur le cycle de vie Autonomie Consommation d’énergie Potentiel d’épuisement des ressources fossiles Emissions de GES Conditions d’utilisation ▫ Modélisation ▫ A retenir  16 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO VE vs VT Le moteur a combustion est Le moteur électrique est complexe simple Sources : - Xavier RAIN, Les solutions actuelles de motorisations pour véhicules électriques  17 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO VE vs VT Estimation Coût Véhicule Cycle [€] Distance 0 Clio Essence 57 000 Clio Diesel 50 000 Zoé électrique 45 000 Sources : - https://www.avem.fr/2022/10/17/avis-de-lademe-vehicules-electriques/s  18 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO VE vs VT Consommation [L/ 100 km] ou Cout utilisation [€/100 km] 60 000 Cout utilisation [€/L] ou 56 498 55 000 Coût utilisation [€] 50 000 49 690 Coût à l'achat [€] 45 000 44 343 [kWh/100 km] 40 000 37 000 [€/kWh] Véhicule 35 000 28 000 30 000 27 000 25 000 Clio 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Essence 27 000 14,74 6,8 2,169 Durée de vie du véhicule [milliers de km] Clio Diesel 28 000 10,85 5 2,169 Clio Essence Clio Diesel Zoé électrique Zoé électrique 37 000 3,67 21,1 0,174 Sources : - https://www.quechoisir.org/action-ufc-que-choisir-cout-de-detention-des- vehicules-la-voiture-electrique-a-contre-courant-des-idees-recues-n92038/  19 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO VE vs VT Véhicule thermique Véhicule électrique ▫ Capacité à embarquer une ▫ Limitation de l’impact grande quantité d’énergie environnemental Autonomie accrue ▫ Autonomie limitée ▫ Conséquences néfastes sur l’environnement Autonomie [km] réservoir [L] ou Consommation [L/ 100 km] ou [kWh/100 km] batterie [Kwh] Energie de la Capacité du Masse [kg] Véhicule Clio Essence 6,8 1 042 42 620 Clio Diesel 5 1 173 39 780 Zoé électrique 16,5 1 468 52 320 Sources : - https://www.quechoisir.org/action-ufc-que-choisir-cout-de-detention-des- vehicules-la-voiture-electrique-a-contre-courant-des-idees-recues-n92038/  20 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO VE vs VT Consommation d’énergie Potentiel d’épuisement des primaire totale ressources fossiles Sources : - https://www.avem.fr/2022/10/17/avis-de-lademe-vehicules-electriques/s  21 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Type Rejet CO2 VE vs VT (g/km) Essence 185 Emissions de GES véhicule Diesel 157 électrique à la consommation Electrique 0* ▫ Zoé Electrique : 16,5 kWh/100km 250 223 Emission de GES (C02 eq) [g/km] (consommation) 200 185 167 157 154 21,1 kWh/100 km 150 (production) 88 100 84 Véhicule Zoé Electrique 50 Consommation [kWh/100 km] 16,5 11,8 12 3 1,3 Rendement recharge 0,85 0 Rendement réseau distribution 0,94 Rendement réseau transport 0,98 Production [kWh/100 km] 21,1 Sources : - https://www.youtube.com/watch?v=zjaUqUozwdc&t=447s Type de véhicule (Type dénergie ou Pays)  22 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO VE vs VT Emissions de GES véhicule électrique (cycle) Emission de GES sur cycle de vie (2021) 45 43 Emissions de GES [t] 40 38 35 30 25 20 15 10 12 8,5 5 4 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Durée de vie du véhicule [milliers de km] Clio Essence Clio Diesel Zoé électrique Sources : - https://www.avem.fr/2022/10/17/avis-de-lademe-vehicules- electriques/ - https://www.youtube.com/watch?v=zjaUqUozwdc&t=447s  23 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO VE vs VT Intérêt du véhicule électrique ▫ pour des trajets domicile- travail quotidiens importants lorsque le véhicule individuel est nécessaire en absence de transports en commun ; ▫ dans le cadre de flottes partagées de véhicules d’entreprises ; ▫ pour des livraisons de marchandises en ville ; ▫ pour des services de mobilité (autopartage par exemple).  24 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Plan Organisation ▫ Séquence pédagogique ▫ Modalités de Contrôle des Connaissances Cours ▫ Objectifs ▫ Contexte ▫ VE vs VT ▫ Modélisation Architecture classique d’une chaîne de traction Batterie Convertisseur Capteur Machine électrique Machine synchrone  25 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Architecture classique d’une chaîne de traction Conver- Machine Batteries tisseur électrique Module de commande Capteurs  26 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Batteries Convertisseur électrochimique Sources : - Antoine Desrues, Matériaux composites Si@C nanostructures pour anodes de batterie Li-ion à haute Densité d’énergie. Relations entre structure, morphologie et mécanismes de dégradation. Université Paris Saclay (COmUE), 2019. Français.NNT:2019SACLS279.tel-02614162 - https://www.fiches-auto.fr/sdoms/shiatsu/uploaded/courbe- decharge-batterie-lithium-ion.gif - http://www.voiture-electrique-populaire.fr/tag/autonomie-et- batterie  27 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Batteries rb Modèles simplifiés Eb Eb Modèles avancés SOC : State Of Charge (typ. 20 à 80% CPE : Constant Phase Element Akram EDDAHECH Modélisation du vieillissement et détermination de l'état de sante de batteries lithium-ion pour T : Température application véhicule électrique et hybride. Other. Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. French.. Olivier Tremblay, Member IEEE, Louis-A. Dessaint, Senior Member IEEE, and Abdel-Illah Dekkiche 1 A Generic Battery Model for the Dynamic Simulation of Hybrid Electric Vehicles , s : variable de Electrical Engineering Department, Ecole de Technologie Superieure Laplace  28 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Convertisseur Dépend de la machine de traction : ▫ MCC : Hacheur ▫ MS ou MAS : Onduleur f1, f2, f3 : fonctions de connexion Modèle de l’onduleur 1 ⇔ é, ! "#$ % ,& 1,2,3 0 ⇔ ! é, "#$ % $)* ) 1 2 21 21 Bus DC $+* -. /$ 0. 21 2 21 AC + $,* 3 , 21 21 2  29 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Convertisseur Commande de l’onduleur ▫ Pleine onde ▫ Hystérésis ▫ Modulation de largeur d’impulsion (MLI) v1com f1 v1m Commande de v2com f2 Onduleur v2m l’onduleur v3com f3 v3m  30 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Capteurs Convertissent une grandeur physique en une grandeur électrique Différents types ▫ Courant, Tension ▫ Force (couple) ▫ Accélération, Vitesse, Position ▫ Température, Pression Différents niveaux de modélisation ▫ Gain pur : vx = kx · x ▫ Gain et bande passante Sources : ▫ Retard et Non linéarités - Les capteurs en instrumentation industrielle - 8e édition Georges Asch, Loïc Blum, Jacques Fouletier, Pierre Desgoutte, Bernard Crétinon et al., Dunod, EAN 9782100760206  31 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Machine électrique Machine synchrone Machine asynchrone ▫ Encombrement ▫ Coût Sources : - Xavier RAIN, Les solutions actuelles de motorisations pour véhicules électriques  32 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Plan Organisation ▫ Séquence pédagogique ▫ Modalités de Contrôle des Connaissances Cours ▫ Objectifs ▫ Contexte ▫ VE vs VT ▫ Modélisation Architecture classique d’une chaîne de traction Batterie Convertisseur Capteur Machine électrique Machine synchrone Introduction Modélisation Commande Dimensionnement ▫ A retenir  33 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Plan Organisation ▫ Séquence pédagogique ▫ Modalités de Contrôle des Connaissances Cours ▫ Objectifs ▫ Contexte ▫ VE vs VT ▫ Modélisation Architecture classique d’une chaîne de traction Batterie Convertisseur Capteur Machine électrique Machine synchrone Introduction ▫ Classification ▫ Hypothèses Modélisation Commande Dimensionnement ▫ A retenir  34 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Introduction Classification ▫ Type d’excitation : bobinée ou à aimants permanents ▫ Type de pôles au rotor : lisses ou saillants ▫ Présence d’amortisseurs pθ c θe a b  35 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Introduction Hypothèses ▫ Machine parfaitement régulière du point de vue géométrique ▫ Tôles magnétiques idéales : perméabilité relative et résistivité infinies ▫ Influence de la température et la fréquence négligée ▫ Pertes mécaniques négligées ▫ 1er harmonique  36 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Plan Organisation ▫ Séquence pédagogique ▫ Modalités de Contrôle des Connaissances Cours ▫ Objectifs ▫ Contexte ▫ VE vs VT ▫ Modélisation Architecture classique d’une chaîne de traction Batterie Convertisseur Capteur Machine électrique Machine synchrone Introduction Modélisation ▫ Modèle dans le repère triphasé ▫ Transformations ▫ Modèle dans le repère de Park Commande Dimensionnement ▫ A retenir  37 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Modèle dans le repère triphasé On se limite à la modélisation des MS à pôles saillants et à aimants permanents 34 3, 3! Vecteur représentant une grandeur 35 triphasée (tension v, courant i, flux ψ) p : nombre de paires de pôles θ : position mécanique  38 Energie embarquée - 05/11/2024 Lionel VIDO Modèle dans le repère triphasé 7 8, Equations des tensions $, 6 &, 7% ▫ R : résistance d’un enroulement stator Equation des flux 8, 9: ; &, 8, ; ▫ Ls(θ) : matrice des inductances statoriques