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« Système d`alimentation embarquée avec Supercondensateurs
SIFER 2007 Lille « Système d’alimentation embarquée avec Supercondensateurs pour Neoval » A. Bouscayrol, P. Delarue, A. L. Allègre, E. Chattot 1 Systè Syst ème d’ d’alimentation embarqué embarquée pour Neoval - Objectif et plan - 2 SIFER’07, Lille, juin 2007 Objectif : proposer une version sans rail d’alimentation pour Neoval l’autonomie étant assurée par une alimentation embarquée 1. Principe de l’alimentation embarquée 2. Contraintes technologiques 3. Partenariat pour l’étude Conclusion SIFER 2007 Lille Principe de l’alimentation embarquée moteur stockeur 2 convertisseur 3 Systè Syst ème d’ d’alimentation embarqué embarquée pour Neoval - Alimentation par rail - 4 SIFER’07, Lille, juin 2007 station station rail d’alimentation 750 V DC sous-station d’alimentation sous-station d’alimentation moteur auxiliaires convertisseur frotteur Systè Syst ème d’ d’alimentation embarqué embarquée pour Neoval - Alimentation embarquée - 5 SIFER’07, Lille, juin 2007 1. Charge en station station sous-station d’alimentation station rail d’alimentation rail d’alimentation seulement en station 750 V DC il ne reste que le rail de guidage moteur stockeur 2 stockeur 1 convertisseur sous-station d’alimentation Systè Syst ème d’ d’alimentation embarqué embarquée pour Neoval - Alimentation embarquée - 6 SIFER’07, Lille, juin 2007 station 2. Phase de traction station rail d’alimentation rail de750 guidage V DC sous-station d’alimentation sous-station d’alimentation moteur stockeur 2 stockeur 1 convertisseur Systè Syst ème d’ d’alimentation embarqué embarquée pour Neoval - Alimentation embarquée - 7 SIFER’07, Lille, juin 2007 station 3. Phase de freinage station rail d’alimentation rail de750 guidage V DC sous-station d’alimentation sous-station d’alimentation moteur stockeur 2 stockeur 1 convertisseur Systè Syst ème d’ d’alimentation embarqué embarquée pour Neoval - Alimentation embarquée - 8 SIFER’07, Lille, juin 2007 reprise du cycle station station rail d’alimentation rail de750 guidage V DC sous-station d’alimentation sous-station d’alimentation moteur stockeur 2 stockeur 1 convertisseur SIFER 2007 Lille Contraintes technologiques 9 Systè Syst ème d’ d’alimentation embarqué embarquée pour Neoval - Technologies de stockage - 10 SIFER’07, Lille, juin 2007 Densité d’énergie (Wh/kg) 103 classique Pile à combustible 102 émergence Batteries volant transfert inertie 10 1 SUPER CONDENSATEURS SMES 10-1 Condensateurs 10-2 1 10 102 103 104 105 106 107 Densité de Puissance (W/kg) Systè Syst ème d’ d’alimentation embarqué embarquée pour Neoval - Propriétés des Supercondensateurs - 11 SIFER’07, Lille, juin 2007 condensateur électrique supercondensateurs batterie électrochimique Temps de décharge 10-6 to 10-3 s 1 à 30 s 0,3 à 3 h Temps de charge 10-6 to 10-3 s 1 à 30 s 1à5h Densité d’énergie (Wh/kg) < 0,1 1 à 10 20 à 200 Densité de puissance (W/kg) > 107 1 000 à 3 000 50 à 200 rendement #1 0,9 à 0,95 0,7 à 0,85 Cycles 1010 > 100 000 500 à 2 000 Durée de vie typique 30 ans 30 ans 5 ans Propriétés Avantages • recharge rapide, durée de vie, gestion des pics de puissance Inconvénients • volume conséquent pour énergie stockée Systè Syst ème d’ d’alimentation embarqué embarquée pour Neoval - Banc de supercondensateurs - 12 SIFER’07, Lille, juin 2007 Supercondensateurs actuels • tension max de 2,7 V • 1 à 1000 F • 0,01 € /F • 1 million de cycles Scaps 350 F Contraintes • mise en parallèle • mise en série • structure d’équilibrage 10 modules de 6 Scaps pour 150 V Systè Syst ème d’ d’alimentation embarqué embarquée pour Neoval - Structure de Puissance - 13 SIFER’07, Lille, juin 2007 station réseau redresseur Filtre traction tampon traction rail d’alimentation 750 V DC réseau redresseur chargeur SC1 SC2 SIFER 2007 Lille Partenariat de l’étude 14 Systè Syst ème d’ d’alimentation embarqué embarquée pour Neoval - Compétences « systèmes embarqués » du L2EP - 15 SIFER’07, Lille, juin 2007 • formalisme de modélisation et commande • tractions ferroviaires • véhicules électriques et hybrides • stockage d’énergie (supercondensateurs…) EPF Lausanne Belfort MEGEVH LTE réseau national sur les VH Systè Syst ème d’ d’alimentation embarqué embarquée pour Neoval - Étape 1 : dimensionnement en Energie - 16 SIFER’07, Lille, juin 2007 consignes environnement système Équation dynamique profil accélération ∫ vitesse ∫ position profil voie résistance à l’avancement v + force + x puissance ∫ énergie + E t t Systè Syst ème d’ d’alimentation embarqué embarquée pour Neoval - Étape 2 : dimensionnement des Scaps - 17 SIFER’07, Lille, juin 2007 contraintes système embarqué • autonomie en énergie • bus continu... contraintes Supercondensateurs • tension maximale • profondeur de décharge... dimensionnement du banc de supercondensateur • énergie totale stockée • nombre de composants en parallèle • nombre de composant en série... poids, volume, coût du système de stockage Systè Syst ème d’ d’alimentation embarqué embarquée pour Neoval - Étape 3 : Électronique de puissance - 18 SIFER’07, Lille, juin 2007 station réseau redresseur configuration maximale chargeur SC1 tampon traction SC2 Réduire le poids et le coût de l’électronique de puissance • mise en commun d’éléments • importance de la commande • gestion coordonnée des flux d’énergie Systè Syst ème d’ d’alimentation embarqué embarquée pour Neoval - Étape 4 : Simulation de l’ensemble - 19 SIFER’07, Lille, juin 2007 Simulation du VAL 206 sous Matlab-SimulinkTM Validation de l’ensemble pour un cycle de référence • autonomie en énergie • performances dynamiques • valeurs critiques lors des régimes transitoires SIFER 2007 Lille Conclusion Intérêt de l’alime ntation e mbarquée • suppression du rail d’alimentation entre station mais aussi en atelier / en garage (coût / sécurité) • optimisation de la récupération d’énergie et réduction des pointes au réseau (environnement / coût d’exploitation) Les verrous scientifiques • une charge du stockeur embarqué en 30 s (arrêt station) • une électronique de puissance forte puissance et faible volume • une commande innovante pour le meilleur rendement La « road map » • étude de faisabilité pour 2008 • mise en service pour 2012 20
