D IMENSIONNEMENT DES ELEMENTS DE STOCKAGE DU BUS N °2

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la tension minimale sur la tension maximale), donc à une profondeur de décharge autorisée de 36% pour le pack de supercondensateurs.

FIGURE V-17 : GESTION FREQUENTIELLE POUR LE DIMENSIONNEMENT DES ELEMENTS DE STOCKAGE DU BUS N°2

Base de données Supercondensateurs et Accumulateurs – Le dimensionnement de la source SCAP2 présenté en Figure V-3 est réalisé en considérant des caractéristiques de cellule unitaire. La base de données, pour les supercondensateurs, utilisée pour ce dimensionnement est identique à celle renseignée dans le Tableau V-1. La notion de fréquence associée aux densités d’énergie et de puissance est applicable à cette batterie. Elle est définie comme suit :

V-63

Avec : facc : fréquence liée aux densités de puissance et d’énergie de la batterie [Hz]

Pacc : puissance de la batterie [W] (ou puissance spécifique [W.kg^-1]) Wacc : énergie de la batterie [J] (ou énergie spécifique [J.kg^-1])

Ces valeurs puissance et énergie correspondent à la batterie complète, donc à un système. Ces performances sont donc à relativiser par rapport aux performances d’une cellule unitaire. Ces caractéristiques peuvent être positionnées sur un diagramme de Ragone ou sur un plan fréquentiel comme proposé en Figure V-18.

FIGURE V-18 : PROJECTION DU DIAGRAMME DE RAGONE SUR UN PLAN FREQUENTIEL – CELLULES DES SOURCES DU BUS N°2

Critère de minimisation – Le critère de minimisation retenu pour le dimensionnement du pack de supercondensateurs du bus n°2 est la masse.

2.2.2 RESULTATS DU DIMENSIONNEMENT

Dans un premier temps, l’influence de la fréquence de coupure f0_bus2 du filtre passe-bas est observée. Ensuite, on détermine la fréquence de coupure qui donne lieu à la masse minimale pour le pack de supercondensateurs et pour laquelle la batterie d’accumulateurs est utilisée dans des conditions normales.

1,0E-05 1,0E-04 1,0E-03 1,0E-02 1,0E-01 1,0E+00 1,0E+01

Fréquence [Hz]

ACC NiCd SCAP

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Influence de la fréquence de coupure – Pour différentes fréquences de coupure du filtre passe-bas, on relève les puissances et énergies demandées à chacune des sources. Quelques valeurs sont données à titre d’exemple dans le Tableau V-4.

CONFIDENTIEL

TABLEAU V-4 : INFLUENCE DE LA FREQUENCE DE COUPURE SUR LES PUISSANCES ET ENERGIES DES SSE DU BUS N°2

Quelle que soit la fréquence de coupure, l’énergie demandée à la batterie d’accumulateurs (ACC2) et au pack de supercondensateurs (SCAP2) est constante. La répartition de l’énergie s’effectue entre les deux sources mais de manière différente selon la fréquence de coupure. Plus la fréquence de coupure est élevée, moins la source SCAP2 est sollicitée en énergie.

La Figure V-19 donne l’allure des grandeurs puissance et énergie des SSE en fonction du temps. Ces courbes sont issues de la gestion fréquentielle, autrement dit, le profil de puissance donné en Figure V-16 est réparti selon la gestion d’énergie décrite en Figure V-17. Les évolutions de la tension aux bornes de la source ACC2 et de son état de charge sont également suivies pour s’assurer que la batterie est utilisée dans des conditions de fonctionnement normales.

CONFIDENTIEL

FIGURE V-19 : PUISSANCE ET ENERGIE DES SSE DU BUS N°2 SUIVANT LA GESTION ENERGETIQUE FREQUENTIELLE

Minimisation de la masse en fonction de la fréquence de coupure – On cherche à déterminer la fréquence de coupure pour laquelle la masse du pack de supercondensateurs est minimale, tout en s’assurant que la batterie est déchargée dans des conditions normales. On fixe pour la source ACC2 une tension minimum en dessous de laquelle on ne souhaite pas descendre. Cette tension minimum est égale à la tension minimale autorisée sur le bus n°2. Pour une fréquence de 5mHz, la masse est minimale et la tension aux bornes de la batterie atteint la valeur minimale autorisée à la fin du profil. En-deçà de cette fréquence, le pack de supercondensateurs est dimensionné par rapport à l’énergie demandée. Au-delà de cette fréquence, l’énergie demandée au pack est de plus en plus faible tandis que l’énergie demandée à la batterie est de plus en plus élevée et la tension à ses bornes chute en dessous de la valeur minimale autorisée.

162 Résultats du dimensionnement –

CONFIDENTIEL

Pour réaliser ce dimensionnement, on a considéré pour les deux sources directement en parallèle une répartition identique à la répartition entre deux sources via des convertisseurs, c’est-à-dire une répartition fréquentielle. Dans le cas de deux sources connectées au bus par l’intermédiaire de convertisseurs, la répartition fréquentielle est réalisée au niveau de la commande des sources. Dans le cas de deux sources directement connectées au bus, la répartition ne peut être faite par la commande. L’hypothèse prise dans ce paragraphe, relative à une répartition équivalente à une répartition fréquentielle, se justifie par le fait que les constantes de temps des deux sources sont intrinsèquement différentes. Une validation de cette hypothèse est proposée dans une quatrième partie. Il s’agit d’évaluer le dimensionnement par une simulation du fonctionnement des SSE du bus n°2 en réponse à une variation de la tension du bus, en utilisant les modèles des cellules développés dans les chapitres II et III.

Pour conclure cette deuxième partie, l’influence de la gestion fréquentielle sur le dimensionnement des éléments de stockage est importante. Il est donc tout à fait nécessaire d’intégrer la gestion de l’énergie dès le dimensionnement d’un système. En outre, la profondeur de décharge est un paramètre variable pour les SSE du bus n°1, contrairement aux SSE du bus n°2 pour lesquels la tension aux bornes est limitée. La connexion directe à un bus implique un surdimensionnement des éléments de stockage car leur profondeur de décharge est faible. En ce qui concerne les SSE connectés via des convertisseurs à un bus, le bilan sur la masse doit intégrer la masse des convertisseurs. Néanmoins, l’association d’un SSE avec un convertisseur permet une profondeur de décharge plus importante, donc évite le surdimensionnement des éléments de stockage.

3 C

Le dimensionnement réalisé dans la deuxième partie de ce chapitre est un dimensionnement axé sur les caractéristiques énergétiques des éléments de stockage. En effet, un des rôles essentiels des SSE dans un aéronef est de fournir la puissance et l’énergie nécessaires à son démarrage. Cet aspect est particulièrement dimensionnant pour des éléments de stockage. Cependant, il est indispensable de vérifier que le dimensionnement effectué sur le début de la mission est aussi valable pour la suite. Dans cette troisième partie, les performances énergétiques des SSE sont donc comparées avec les besoins énergétiques sur le reste de la mission pour vérifier leur compatibilité. Pour cela, on propose une étude graphique à partir de diagrammes Energie/Puissance. Dans un premier temps, les diagrammes des éléments de stockage, tels que dimensionnés au paragraphe V.2, sont décrits. Dans un deuxième temps, les diagrammes correspondant aux sollicitations des SSE sur la dernière partie du profil de mission sont présentés. Enfin, la juxtaposition des diagrammes permet de tirer des enseignements sur les niveaux d’état de charge de référence à fixer pour les éléments de stockage afin qu’ils puissent fournir et récupérer l’énergie sur la poutre, selon les besoins.