Recharge de deux batteries à partir d'une génératrice asynchrone couplée à un seul convertisseur

21/10/2017
Publication REE REE 2005-1
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2005-1:20577
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Recharge de deux batteries à partir d'une génératrice asynchrone couplée à un seul convertisseur

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	    <date dateType="Updated">Sat 21 Oct 2017</date>
            <date dateType="Submitted">Fri 20 Jul 2018</date>
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M Repères) LES VÉHICULES PROPRES Recharge de deux batteries a à partir d'une génératrice asynchrone couplée à un seul convertisseur Mots clés Déplacementsurbains, Systèmesbatteries, Couples électro-chimiques, Versionélectriqueou hybride Par René GOYET'. Karne ! BOUALLAGA 1, Michel POLOUJADOFF, Cédric PLASSE 3 'CEGEL Y Villeurbanne 1 LISIF.Paris 1 VALEO. Créteil 1. Introduction Le dispositif étudié est représenté sur la figure 1. Sa mise en oeuvre possède deux variantes selon que les recharges de El et E2 sont réalisées successivement dans LI le temps ou de façon simultanée. Lorsque les recharges se font successivement le convertisseur fonctionne en découpage de façon à : . recharger d'abord la batterie de forte tension, El, a partir du fondamental des courants de la génératrice. L'interrupteur Q est ouvert et les courants iA,'B,'C, dans les trois phases n'ont pas de valeur moyenne. . recharger ensuite la batterie de plus faible tension, E2, avec une composante continue identique sur les 3 « bras de pont » du convertisseur, avec Q fermé. La génératrice n'est plus excitée par aucune composante alternative et le fonctionnement du convertisseur est celui d'un hacheur. Si a désigne le taux de conduction commun de la partie haute des trois bras et si la conduction du hacheur est continue, la tension moyenne au point N est V N = aE] : 'si aE) > E,, l'énergie passe de El vers E,, le hacheur est abaisseur. si (xE, < E l'énergie passe de E, vers E, le hacheur est élévateur. Le courant moyen circulant dans El et E, dépend de la résistance interne R, de la batterie E2. Il est ainsi pos- sible de recharger l'une quelconque des batteries à partir de l'autre. Le cas le plus fréquent est a El > E2. s s N T 1 Sur un véhicule à essence il est actuellement nécessaire d'envi- sager deux batteries de tensions différentes : 'Une, E, de 42 V pour les organes de puissance, démarreur, alternateur, moteurs auxiliaires. . Une autre, E2, de 14 V pour les circuits numériques, de calcul, ou la radio. Ceci permet d'augmenter la puissance et les rendements des organes électriques. Les deux batteries doivent être rechargées à partir d'un seul alternateur. Pour cela une première solution consiste à utiliser deux convertisseurs. L'alternateur recharge d'abord la batterie de plus forte tension, E, à !'aide d'un redres- seur ou d'un convertisseur à découpage. El recharge ensuite la batterie de plus faible tension, E2'au travers d'un hacheur conti- nu abaisseur séparé. C'est la solution classique. Une autre solu- tion permettrait d'économiser le hacheur abaisseur séparé en rechargeant les deux batteries au travers d'un convertisseur à découpage unique. Le présent article étudie le dispositif résultant et simule son fonctionnement dans le cas d'une génératrice asynchrone. Lasolution est également envisageable avec un alternateur synchrone. YNOPSIS It is currently possible to use two batteries with different voltages on a petrol-driven vehicle : . El with 42 V for power devices, start-up, alternator, auxiliary motors. E2 with 12 or 14 V for digital, calculation or radio circuits. This makes it possible to increase the power and output of elec- tric devices. The two batteries must be recharged using a single alternator. An initial solution for this consists in the use of two converters. The alternator firstly recharges the highest voltage battery, El, using a rectifier or a switching mode converter. El then recharges the lower voltage battery, E2'through a separate DC/DC step-down shopper. This is the traditional solution. Another solution would make it possible to economise using the DC/DC shopper by recharging the two batteries through a single switching mode converter. The article studies the resulting device and simulates its functioning in the case of an induction genera- tor. It is also possible to imagine this solution with a synchronous alternator. REE N'l Jaiiviei 2005 MW Repères LES VÉHICULES PROPRES R 1 ", 1 L ',', i, - ' ! - __ m \ ---rYm 1,, Q R : El - VL, B _ ! ; ; Yy ci - //o -El m - 1 " U 1 ; -E, I I s Figtire 1. Recharge de tietix batteries à pai-tii- d'tiii iîiêiiie coiivertisseiii-. Il est possible aussi d'effectuer les deux recharges en même temps. Dans ce cas Q est toujours fermé et a est fonction du temps t de telle façon que les trois tensions v VB, vc, ont à la fois une composante alternative et une composante continue. L'article présente quelques parti- cularités de ce fonctionnement. La solution permet de contrôler simultanément les deux niveaux de tension des batteries. Elle présente par contre l'inconvénient d'offrir une maille de faible impédance à tous les courants de nature homopolaire. Ceux-ci sont de deux sortes : . continus, c'est la composante utile de recharge de E-, . alternatifs, ce sont les composantes harmoniques des courants de la machine introduites par le découpage. Ces courants ne peuvent recharger E,, ils sont nuisibles. L'inductance L, disposée en série avec E2 permet de les filtrer.L2 est en série avec la résistance interne R, de la batterie E2. L'article présente la méthode et donne quelques r résultats de simulation dans le cas où (XMOYEN é u E 1 > E). Si les équations utilisées sont classiques, la prise en comp- te de la composante homopolaire l'est un peu moins, et quelques rappels théoriques facilitent la compréhension. Par ailleurs les transferts d'énergie aux niveaux du fon- damental et de la composante homopolaire ne se font pas dans le même sens, ceci nécessite une analyse particulière au niveau du bilan des puissances. Le travail est extrait d'une thèse [1] et les calculs sont faits avec le logiciel Matlab-Simulink. 2. Composante homopolaire de recharge E2 2. 1. Régime permanent Les paramètres de la machine sont définis à partir des équations initiales données ici seulement pour les phases A du stator et du rotor. Les notations concernant les flux et les courants sont habituelles : /\/\/Nv -- VH = (VAN +VBN +Vc) VH V AJ'vl - VBM v CM u v NM 3 IH - (IA IB IC) L j --- 3 5 ! tH H %13 %- - -, 3 Ru =RS 1,H Ls -- 2Ms Figure 4. Schérnn hoiiiol-) olai-e. /-3- + t