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40 Revue ABB 3/1998 la fin des années 80, ABB avait com- mencé l’étude de petites installations éner- gétiques haute vitesse et leurs possibilités d’application sous forme d’entraînements hybrides. De tels systèmes pouvaient con- tribuer à diminuer les émissions de CO 2 qui proviennent en majeure partie du trafic rou- tier et qui contribuent fortement à l’effet de serre. Les trains d’entraînement hybrides – une combinaison de moteur électrique et de moteur à combustion interne – doivent en premier lieu diminuer les émissions et per- mettre en même temps de rouler sans au- cune émission dans les zones particulière- ment sensibles. Ce faisant, de tels véhicu- les seront aussi capables d’atteindre la norme d’émission nulle qui sera probable- ment introduite pour certaines zones urbai- nes dans un proche avenir. Les véhicules hybrides sont essentielle- ment prévus pour des transports dans des régions particulièrement sensibles aux gaz d’échappement et au bruit des moteurs. Lors du franchissement de telles zones, le conducteur ne doit que commuter l’entraî- nement en mode de marche électrique, pour réduire le bruit et pour interrompre les émissions de substances polluantes. Une première application pratique d’un entraînement hybride a été démontrée en 1992, après le développement par ABB et Volvo d’un véhicule spécial appelé «Envi- ronmental Concept Car» ou «ECC» [1]. Ce véhicule était doté d’une turbine à gaz et d’une génératrice haute vitesse à entraîne- ment direct. Le même principe fut aussi utilisé plus tard pour deux autres projets: un camion pour services de livraison et un bus [2]. Le troisième concept de véhicule hybri- de vient d’être introduit. Actuellement, il est testé par l’entreprise de transport TGM AB de la ville de Gothenburg, Suède . Durant une période d’essai étalée sur trois ans, l’entreprise exploitera deux camions pour son service de livraison régulier de mar- chandises dans le centre de la ville et sa banlieue. Les essais ont déjà commencé. La consommation de carburant, les émis- sions et le niveau acoustique sont enre- gistrés en permanence. D’autres aspects sont également étudiés, dont en particulier l’acceptation de la nouvelle technologie par le conducteur, le comportement de marche du véhicule dans le trafic quotidien (par ex. les aptitudes d’accélération en marche électrique), le besoin de maintenance et d’autres détails pratiques. Objectifs du nouveau concept L’avantage du nouveau véhicule hybride ré- side dans le fait que par la commutation en mode de marche électrique , le camion peut circuler dans des zones sensibles sans aucune émission, l’énergie de propulsion n’étant fournie que par les batteries. Ces véhicules sont conçus pour une conduite facile. Aucune connaissance particulière n’est requise. Une brève introduction de- vrait suffire pour une utilisation efficace des aptitudes du véhicule. Dans le concept choisi pour les deux ca- mions en question, un moteur diesel entraî- ne deux génératrices à aimants perma- nents, tandis que les roues sont entraînées par deux moteurs à induction à engrenages réducteurs, un arbre de transmission et un différentiel. ABB a fourni le train électrique complet, y compris les équipements de sur- veillance et de régulation. Véhicules hybrides utilisés pendant la période d’essai de trois ans La base des véhicules hybrides est donnée par deux camions de série Volvo FL6, avec les équipements électriques disposés es- sentiellement le long des côtés des véhicu- les . Par rapport à un véhicule conven- tionnel, le poids supplémentaire du véhicu- le hybride est d’environ 3 tonnes. Etant donné que ces véhicules doivent être ex- ploités commercialement pendant plusieurs 3 2 1 V É H I C U L E S H Y B R I D E S Niclas P. Berg ABB Hybrid Systems A Véhicules hybrides compatibles avec l’environnement en exploitation commerciale Les trains d’entraînement hybrides – une combinaison de moteur électrique et de moteur à combustion interne – diminuent la sollicitation de l’environnement due au trafic routier par la réduction des émissions des véhicules. Dans ce do- maine, ABB s’est acquis une vaste expérience et coopère avec Volvo pour éva- luer cette technologie dans le cadre d’un essai de trois années effectué avec deux camions équipés d’entraînements hybrides. Ces camions travaillent en ex- ploitation commerciale normale à Gothenburg en Suède. Des simulations ont montré que leur consommation de carburant est plus basse et que les émis- sions provoquées par les camions hybrides sont considérablement plus faibles que celles de camions conventionnels. En outre, les camions hybrides peuvent rouler sans aucune émission dans des zones sensibles.

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  • 40 R e v u e A B B 3 / 1 9 9 8

    la fin des annes 80, ABB avait com-

    menc ltude de petites installations ner-

    gtiques haute vitesse et leurs possibilits

    dapplication sous forme dentranements

    hybrides. De tels systmes pouvaient con-

    tribuer diminuer les missions de CO2 qui

    proviennent en majeure partie du trafic rou-

    tier et qui contribuent fortement leffet de

    serre. Les trains dentranement hybrides

    une combinaison de moteur lectrique et de

    moteur combustion interne doivent en

    premier lieu diminuer les missions et per-

    mettre en mme temps de rouler sans au-

    cune mission dans les zones particulire-

    ment sensibles. Ce faisant, de tels vhicu-

    les seront aussi capables datteindre la

    norme dmission nulle qui sera probable-

    ment introduite pour certaines zones urbai-

    nes dans un proche avenir.

    Les vhicules hybrides sont essentielle-

    ment prvus pour des transports dans des

    rgions particulirement sensibles aux gaz

    dchappement et au bruit des moteurs.

    Lors du franchissement de telles zones, le

    conducteur ne doit que commuter lentra-

    nement en mode de marche lectrique,

    pour rduire le bruit et pour interrompre les

    missions de substances polluantes.

    Une premire application pratique dun

    entranement hybride a t dmontre en

    1992, aprs le dveloppement par ABB et

    Volvo dun vhicule spcial appel Envi-

    ronmental Concept Car ou ECC [1]. Ce

    vhicule tait dot dune turbine gaz et

    dune gnratrice haute vitesse entrane-

    ment direct. Le mme principe fut aussi

    utilis plus tard pour deux autres projets:

    un camion pour services de livraison et un

    bus [2].

    Le troisime concept de vhicule hybri-

    de vient dtre introduit. Actuellement, il est

    test par lentreprise de transport TGM AB

    de la ville de Gothenburg, Sude . Durant

    une priode dessai tale sur trois ans,

    lentreprise exploitera deux camions pour

    son service de livraison rgulier de mar-

    chandises dans le centre de la ville et sa

    banlieue. Les essais ont dj commenc.

    La consommation de carburant, les mis-

    sions et le niveau acoustique sont enre-

    gistrs en permanence. Dautres aspects

    sont galement tudis, dont en particulier

    lacceptation de la nouvelle technologie par

    le conducteur, le comportement de marche

    du vhicule dans le trafic quotidien (par ex.

    les aptitudes dacclration en marche

    lectrique), le besoin de maintenance et

    dautres dtails pratiques.

    Objectifs du nouveau concept

    Lavantage du nouveau vhicule hybride r-

    side dans le fait que par la commutation en

    mode de marche lectrique , le camion

    peut circuler dans des zones sensibles sans

    aucune mission, lnergie de propulsion

    ntant fournie que par les batteries. Ces

    vhicules sont conus pour une conduite

    facile. Aucune connaissance particulire

    nest requise. Une brve introduction de-

    vrait suffire pour une utilisation efficace des

    aptitudes du vhicule.

    Dans le concept choisi pour les deux ca-

    mions en question, un moteur diesel entra-

    ne deux gnratrices aimants perma-

    nents, tandis que les roues sont entranes

    par deux moteurs induction engrenages

    rducteurs, un arbre de transmission et un

    diffrentiel. ABB a fourni le train lectrique

    complet, y compris les quipements de sur-

    veillance et de rgulation.

    Vhicules hybrides utiliss

    pendant la priode dessai

    de trois ans

    La base des vhicules hybrides est donne

    par deux camions de srie Volvo FL6, avec

    les quipements lectriques disposs es-

    sentiellement le long des cts des vhicu-

    les . Par rapport un vhicule conven-

    tionnel, le poids supplmentaire du vhicu-

    le hybride est denviron 3 tonnes. Etant

    donn que ces vhicules doivent tre ex-

    ploits commercialement pendant plusieurs

    3

    2

    1

    V H I C U L E S H Y B R I D E S

    Niclas P. Berg

    ABB Hybrid Systems

    A

    Vhicules hybridescompatibles aveclenvironnementen exploitationcommercialeLes trains dentranement hybrides une combinaison de moteur lectrique et

    de moteur combustion interne diminuent la sollicitation de lenvironnement

    due au trafic routier par la rduction des missions des vhicules. Dans ce do-

    maine, ABB sest acquis une vaste exprience et coopre avec Volvo pour va-

    luer cette technologie dans le cadre dun essai de trois annes effectu avec

    deux camions quips dentranements hybrides. Ces camions travaillent en ex-

    ploitation commerciale normale Gothenburg en Sude. Des simulations ont

    montr que leur consommation de carburant est plus basse et que les mis-

    sions provoques par les camions hybrides sont considrablement plus faibles

    que celles de camions conventionnels. En outre, les camions hybrides peuvent

    rouler sans aucune mission dans des zones sensibles.

  • R e v u e A B B 3 / 1 9 9 8 41

    annes, on a utilis autant que possible des

    composants et des techniques prouvs,

    de haute fiabilit et durabilit.

    Pour le dveloppement et lvaluation de

    vhicules hybrides, il est important de

    collectionner des donnes de composants

    acquises sous des conditions dexploitation

    quotidiennes et ralistes. De telles informa-

    tions seront fournies par les essais de trois

    annes actuellement en cours. Le projet

    prvoit que chaque vhicule parcourra une

    distance denviron 150 km par jour, ce qui

    correspond un cycle de distribution urbain

    typique. Sur une telle distance, 30 km peu-

    vent tre accomplis en marche entirement

    lectrique. Le tableau 1 montre les donnes

    principales des vhicules.

    Train dentranement

    Le Volvo FL6 Hybrid est un vhicule hybri-

    de de srie quip du train dentranement

    montr par . Une unit dnergie auxi-

    liaire (APU), constitue dun moteur diesel,

    de deux gnratrices aimants perma-

    nents et de redresseurs, fournit de lner-

    gie lectrique un bus intermdiaire cou-

    rant continu. Les deux lignes de batteries

    sont branches sur le bus CC via deux

    convertisseurs CC/CC. Les batteries sont

    du type nickel-cadmium (NiCd). Ces batte-

    ries alimentent galement le systme de

    puissance auxiliaire. Ce dernier comprend

    des chargeurs pour les batteries de 12 et

    24 V, ainsi quun moteur CC pour lentra-

    nement du compresseur des freins et de la

    servopompe de la direction assiste. Le

    camion est entran par deux moteurs in-

    duction.

    Les deux sources dnergie (cest--dire

    le moteur diesel et les batteries) peuvent

    tre combines de diffrentes faons. La

    propulsion peut se faire soit en mode lec-

    trique, soit en mode hybride. En mode lec-

    trique, la puissance est fournie par les bat-

    teries. Dans ce cas, le rayon daction et les

    performances sont limits par la capacit

    des batteries. Ces dernires sont rechar-

    ges lors du freinage, les moteurs dentra-

    nement fonctionnant alors comme gnra-

    trices. En mode hybride, le besoin moyen

    dnergie est fourni par lunit dnergie au-

    xiliaire APU et son excdent est utilis pour

    charger les batteries. Pendant les priodes

    de forte consommation dnergie (par ex.

    pendant les acclrations), les batteries

    4

    Lun des deux camions quips dun entranement hybride et participantactuellement un essai de trois ans dans la cit de Gothenburg, Sude,o il sert la distribution de marchandises.

    1

    Tableau 1:Caractristiques principales du vhicule

    Vitesse maximale 90 km/hRayon daction en marche lectrique 1530 kmPoids total du chssis 8300 kgPoids supplmentaire pour vhicule hybride 3400 kgCharge utile 4600 kgPente gravissable ( pleine charge) 16%Longueur du vhicule 8,6 mHauteur du vhicule 3,3 m

    V H I C U L E S H Y B R I D E S

  • 42 R e v u e A B B 3 / 1 9 9 8

    fournissent un appoint de courant aux mo-

    teurs. La rgulation du moteur diesel est

    fonction de la puissance totale requise par

    le vhicule. Le tableau 2 montre les

    donnes techniques du camion Volvo FL6

    Hybrid.

    Lappareil de management du vhicule

    est essentiellement comptent pour la r-

    gulation du train dentranement. Celle-ci

    seffectue par linfluence exerce sur les

    sous-systmes en fonction des ordres du

    conducteur. Une unit dordinateur pour

    instruments commande les instruments du

    tableau de bord dans la cabine. Elle forme

    donc linterface avec lunit de commande

    du moteur diesel. Lunit de gestion de bat-

    teries surveille ltat de celles-ci et commu-

    nique aussi avec lappareil de management

    du vhicule.

    Le moteur diesel se trouve au mme en-

    droit que dans un camion normal. Tous les

    dispositifs supplmentaires sont placs

    derrire la cabine du conducteur, sous le

    pont du camion .3

    Les moteurs lectriques et les gnratri-

    ces sont monts dans un cadre dans la par-

    tie mdiane du vhicule. Les onduleurs sont

    placs sur le ct droit du camion, tandis

    que les deux chargeurs de batterie sont

    monts de part et dautre du vhicule.

    Llectronique de puissance du systme

    dnergie auxiliaire, les convertisseurs

    CC/CC, lappareil de management du vhi-

    cule et les autres appareils lectriques se

    trouvent dans un caisson particulier derri-

    re lessieu arrire.

    Rgulation

    Lorsque le camion marche en mode lectri-

    que, toute lnergie est prleve sur les bat-

    teries. Les convertisseurs CC/CC maintien-

    nent la tension du bus 600 V. En mode hy-

    bride, lnergie lectrique des moteurs est

    fournie par lunit dnergie auxiliaire APU

    et, si ncessaire, par les batteries. Le flux de

    lnergie est dcrit par la formule ci-aprs:

    Peds = Pgen + dcdc (Pbat Paux) (1)

    Peds Puissance totale alimente au

    systme dentranement

    Pgen Puissance fournie par lunit

    dnergie auxiliaire

    dcdc Rendement du convertisseur

    CC/CC

    Pbat Puissance de la batterie

    Paux Puissance auxiliaire

    En mode hybride, la tension du bus cou-

    rant continu est rgle de manire se trou-

    ver constamment entre 400 et 650 V CC,

    selon la puissance soutire par les alterna-

    teurs, leur vitesse et leur temprature.

    Pour limiter les missions de bruit au frei-

    nage du vhicule aux passages pour

    pitons ou aux feux de circulation, etc.,

    lappareil de management du vhicule

    rduit la vitesse du moteur diesel et la

    puissance des gnratrices aux vitesses

    infrieures 7 km/h. Lappareil de manage-

    ment du vhicule limite la puissance prise

    sur lunit de puissance auxiliaire une

    gamme de 0 110 kW.

    Une sous-tension de batterie ventuelle

    est limite par une limitation graduelle de la

    puissance de sortie du systme dentrane-

    ment lectrique, lorsque la tension des bat-

    teries devient trop basse. Les surtensions

    de batterie, en mesure de les endommager,

    Elments de conduite dans la cabine du conducteur 2

    Tableau 2:Donnes techniques du train de propulsion hybride

    Puissance maximale totale des moteurs 130 kW en perm. 370 kW en pointeTension nominale des batteries 2 lignes 216 VCapacit nominale des batteries 100 Ah/ligne, 43 kWh au totalPuissance de sortie totale des gnratrices 110 kWPuissance maximale du moteur diesel 154 kW 2400 t/min

    V H I C U L E S H Y B R I D E S

  • R e v u e A B B 3 / 1 9 9 8 43

    sont vites par la rduction de la puis-

    sance maximale de lunit dnergie auxi-

    liaire et de la puissance rtroalimente par

    le systme dentranement lectrique, lors-

    que la tension des batteries slve trop

    fortement. Le systme accorde automa-

    tiquement la priorit aux besoins des mo-

    teurs lectriques (principalement lors des

    acclrations), plutt qu la charge des

    batteries. Cette mthode permet au con-

    ducteur dutiliser compltement le systme

    dentranement lorsque la situation du trafic

    lexige ou le permet.

    Le freinage rcupration, cest--dire

    le freinage avec les moteurs lectriques

    agissant comme gnratrices en produisant

    de lnergie, est utilis pour obtenir la meil-

    leure conomie de carburant possible.

    Entranement par moteurs

    lectriques

    Pour sa propulsion, le camion dispose de

    deux moteurs induction refroidis leau,

    avec onduleurs. Les moteurs lectriques

    entranent lessieu arrire via engrenage de

    dmultiplication, arbre de transmission et

    diffrentiel. La puissance permanente des

    moteurs est de 130 kW. Celle-ci peut at-

    teindre temporairement 350 kW, mais elle

    est limite dans cette application par la

    puissance totale disponible denv. 250 kW.

    montre le couple maximal mesur et

    la puissance de sortie de lun des moteurs

    lectriques accoupl lengrenage de

    dmultiplication et aliment par son ondu-

    leur. Les rendements mesurs sous ces

    conditions sont illustrs par . Dans la

    majorit des conditions de circulation, le

    6

    5

    rendement de londuleur atteint 97 %, hor-

    mis en cas de vitesse de moteur et de cou-

    ple bas.

    Systme de batteries

    Les batteries NiCd installes psent 940 kg.

    Leur capacit est de 43 kWh. Un refroidisse-

    ment eau assure constamment une

    temprature de service efficace. Les batte-

    ries sont branches en deux lignes, avec une

    tension nominale de 216 V par ligne. Les

    convertisseurs CC/CC qui relient les batte-

    ries et le bus intermdiaire rglent la tension

    du bus CC indpendamment de la tension

    momentane des batteries. Ce faisant, on

    obtient un point dexploitation optimal pour le

    travail de lunit dnergie auxiliaire, de sorte

    que le moteur diesel peut travailler des vi-

    1

    5

    2

    32

    3

    4

    4

    1

    5

    7

    6

    11

    89 10

    13 10

    12 15

    14

    Emplacement des diffrents composants du train de propulsion et du chssis du camion hybride 3

    1 Pompes huile 2 Redresseurs3 Alternateurs4 Moteurs 5 Transmission

    6 Batteries 24 V7 Moteur diesel 8 Rservoir carburant diesel 9 Onduleurs

    10 Batteries

    11 Unit dnergie auxiliaire 12 Caisson HT avec convertisseurs CC/CC13 Systmes de refroidissement 14 Batterie 12 V15 Unit de gestion de batterie

    V H I C U L E S H Y B R I D E S

  • 44 R e v u e A B B 3 / 1 9 9 8

    tesses qui assurent de faibles missions et

    un rendement maximal, cest--dire avec

    une faible consommation de carburant.

    Lunit de gestion de batteries calcule et

    transmet les valeurs limites et de consigne

    lappareil de management du vhicule. A

    laide de lunit de gestion de batterie, le

    vhicule recherche les conditions dexploi-

    tation optimales qui empchent un vieillis-

    sement prmatur des batteries. Cette

    unit surveille galement le chargement des

    batteries. Un algorithme ampres-heures

    calcule ltat de charge de chacune des

    batteries. Lunit de gestion de batterie

    dveloppe par Volvo permet aussi deffec-

    tuer des modifications incrmentielles, de

    sorte que diffrentes situations du trafic ne

    provoquent pas daltrations subites des

    performances du vhicule. Par exemple,

    une limitation du courant des batteries due

    une temprature anormale de celles-ci ne

    se manifeste pas par un changement subit

    du couple et donc du comportement du

    vhicule. Le fonctionnement de lunit de

    gestion de batterie est illustr par .

    Les batteries du vhicule sont charges

    via rseau par un appareil connu sous la d-

    signation Smartcharger. Il sagit en prin-

    cipe dun chargeur de bord, mais avec la

    diffrence quaucun chargeur particulier ne

    se trouve bord. En lieu et place, on utilise

    des composants du train dentranement

    pour la charge via rseau. Pour la charge,

    on a besoin dun branchement triphas de

    400 V dau moins 16 A. La charge com-

    mence automatiquement lorsque le vhicu-

    le est branch au rseau et sachve lors de

    linterruption du branchement, ou lorsque

    lunit de gestion de batterie indique que les

    batteries sont charges.

    7

    Unit dnergie auxiliaire

    Lunit dnergie auxiliaire est branche sur

    le bus CC laide des redresseurs des

    gnratrices. Par rapport aux moteurs

    essence, le rendement du moteur diesel est

    lev et les frais de carburant sont bas. Le

    moteur des camions en exploitation dessai

    est un turbomoteur diesel standard de 6 li-

    tres, 6 cylindres injection directe, tel

    quutilis sur le camion FL6 normal. Sa puis-

    sance maximale atteint 154 kW 2400

    min-1. Il est quip dun filtre rgnration

    continue mont sur lchappement. Ce fil-

    tre rduit la teneur en hydrocarbure (HC) des

    gaz dchappement environ 20 %, celle

    du monoxyde de carbone (CO) moins de

    10 % et celle des particules en suspension

    un quart des valeurs quivalentes de

    moteurs sans filtre. Un autre avantage de ce

    filtre rside dans sa diminution du bruit.

    Reprsentation schmatique du systme dentranement lectrique utilis sur un camion hybride moteur diesel

    APU Unit dnergie auxiliaire G 1, 2 Alternateurs 1 et 2B 1, 2 Batteries 1 et 2 IM 1, 2 Moteurs induction 1 et 2

    4

    Onduleur1 IM 1

    Onduleur2 IM 2

    G 2

    Redres-seur

    Redres-seur

    G 1

    Systme dentranementlectrique

    Moteur combustion

    interne

    Convertis-seur CC/CC

    1

    B1

    Systme depuissanceauxiliaire

    Unit de gestionde batterie

    Instruments,ordinateur

    Unit de gestion de vhicule

    Acclrateur Cl de contactFrein Arrt durgence

    Mode de marche

    Chargeurintelligent

    Bus CC

    400 V / 50 Hz

    Ordres du vhicule

    Cabine

    B 2

    APU

    Convertis-seur CC/CC

    2

    V H I C U L E S H Y B R I D E S

  • R e v u e A B B 3 / 1 9 9 8 45

    Les gnratrices sont des machines syn-

    chrones triphases aimants permanents

    refroidies leau. Elles sont accouples au

    moteur diesel par un engrenage. Les

    gnratrices peuvent produire 55 kW env.

    550 V, une vitesse de 6000 min-1, ce qui

    correspond la vitesse du moteur diesel de

    1700 min-1. montre les courbes de puis-

    sance et de rendement estimes. Les va-

    leurs mesures sur la puissance de sortie

    correspondent trs bien aux valeurs cal-

    cules. Comme on peut le constater, les

    gnratrices travaillent avec un rendement

    suprieur 94 %. Les pertes dans les re-

    dresseurs sont infrieures 1 %.

    Mesures et simulations

    Les valeurs de mesure de la puissance de

    sortie totale du systme dentranement

    lectrique, des gnratrices et des batteries

    en fonction de la vitesse du vhicule ex-

    ploit en mode hybride sont montres par

    . La puissance des gnratrices suit la

    valeur de consigne de la charge du moteur.

    Les batteries sont charges par les gnra-

    trices, hormis lorsque le besoin dnergie

    des moteurs est suprieur celui fourni mo-

    mentanment par les gnratrices. Dans ce

    9

    8

    cas, les batteries fournissent de lnergie,

    par ex. pour supporter une acclration.

    Economie de carburant et

    pollution de lenvironnement

    Lors de la dtermination des spcifications

    du vhicule hybride, les considrations co-

    logiques avaient la prsance par rapport

    aux conomies de carburant. Volvo a effec-

    tu des simulations de performances per-

    mettant de comparer le vhicule hybride et

    un camion conventionnel effectuant les

    mmes courses de distribution, avec des

    charges utiles approximativement gales.

    montre les valeurs simules de la con-10

    500 200

    400 160

    300 120

    200 80

    100 40

    0 00 1000 2000 3000 4000 5000 6000 min-1 8000

    Nm kW

    n

    PT

    Couple de sortie maximal T et puissance P mesurs en fonction dela vitesse pour un moteur

    Rouge Puissance maximale Bleu fonc Couple maximalBleu clair Puissance permanente Vert Couple permanent

    5

    450

    Nm

    390

    360

    330

    300

    270

    240

    210

    180

    150

    120

    90

    60

    30600 1800 3000 4200 5400 6600 7800

    8400min-160004800360024001200

    n

    T

    94.0-96.092.0-94.090.0-92.088.0-90.086.0-88.0

    BatteiesBatteries

    UGB

    AMV 2 tensions

    2 courants

    12 tempratures

    4 entres numriques

    Entre numri- que, touche ou ligne principale

    Sortie num., validation du refroidissement

    Liaisonsrie

    Liaisonsrie

    Terminal

    + +

    Rendement mesur dun moteur avec engrenage, avec alimentation du moteurpar son onduleur

    n Vitesse T Couple

    6 Lunit de gestion de batterie calcule et transmet lesvaleurs limites et de consigne des batteries lappareilde management de vhicule

    7

    V H I C U L E S H Y B R I D E S

  • 46 R e v u e A B B 3 / 1 9 9 8

    sommation de carburant et des missions

    pour une distance totale de 71 km (resp. de

    140 km) par jour, dont 15 km en mode lec-

    trique, avec les batteries charges chaque

    nuit avec 39 kWh. Les calculs montrent que

    la consommation de carburant et les mis-

    sions de doxydes dazote (NOx) sont plus

    basses dans le cas du vhicule hybride que

    pour un camion conventionnel.

    Deux types principaux de

    vhicules hybrides

    De manire gnrale, les vhicules hybrides

    peuvent tre subdiviss en deux types:

    vhicules hybrides srie et vhicules hybri-

    des parallles.

    Dans les vhicules hybrides srie, les

    roues sont toujours entranes lectrique-

    ment. Les sources dnergie de ce type de

    vhicules est un moteur combustion in-

    terne quelconque (par ex. turbine gaz,

    moteur diesel ou essence), accompagn

    dune unit daccumulation dnergie (par

    ex. sous forme de batteries ou de volant).

    Etant donn que les roues sont toujours

    entranes lectriquement, les moteurs

    lectriques doivent toujours tre dimen-

    sionns pour les performances maximales

    du vhicule, en tenant compte des

    acclrations, de la vitesse de pointe, etc.

    Le moteur combustion interne peut tre

    dimensionn pour le besoin de puissance

    moyen du vhicule et devient ainsi plus petit

    que sil entranait directement les roues. Le

    bilan nergtique requis par tout le systme

    lectrique sapplique galement aux vhi-

    cules hybrides. En cas de demande de

    puissance leve, lunit daccumulation

    dnergie fournit la puissance dappoint.

    Lorsque la demande dnergie est faible ou

    lors dun freinage rcupration, lunit

    daccumulation dnergie est recharge.

    Dans le cas des vhicules hybrides pa-

    rallles, les roues sont entranes lectri-

    quement et/ou directement par le moteur

    combustion interne, vu que le moteur lec-

    trique et lautre moteur sont accoupls m-

    caniquement aux roues du vhicule par le

    mme systme de transmission. Les trans-

    missions de ce type deviennent technique-

    ment relativement compliques. Les sour-

    ces dnergie et les quipements daccu-

    mulation dnergie sont les mmes que

    ceux des vhicules hybrides srie. Dans les

    systmes hybrides parallles, il est usuel de

    dimensionner le moteur combustion inter-

    ne pour la puissance entire du vhicule,

    tandis que le moteur lectrique est conu

    pour les puissances plus basses. Le bilan

    nergtique est trait de la mme manire

    que pour les vhicules hybrides srie.

    96.0

    %

    94.0

    93.0

    92.0

    91.0

    90.0

    89.0

    88.0

    87.0

    86.010 20 30 40 50 60 70 80kW

    P

    4500 min-1

    5000 min-1

    5500 min-1

    6000 min-1

    Rendement de lalternateur en fonction de la puissance de sortie P,calcul pour diffrentes vitesses

    8

    Vitesse du vhicule n, puissance de sortie des moteurs lectriqueset combustion interne, des batteries et des alternateurs du camion hybrideVolvo FL6

    n Vitesse du vhicule P Puissance de sortie t Temps

    9

    200

    150

    100

    50

    0

    50

    1000 25 50 75 100 125 150s

    t

    Speed n ( km / h )Pgen ( kW )Pbatt ( kW )Peds ( kW )

    P,n

    V H I C U L E S H Y B R I D E S

  • R e v u e A B B 3 / 1 9 9 8 47

    Il est difficile de savoir exactement quand

    un vhicule hybride srie est prfrable un

    vhicule hybride parallle et comment di-

    mensionner laccumulateur dnergie. Le

    choix peut seffectuer en se fondant sur une

    simulation du systme, en tenant compte

    de diffrentes exigences, par exemple:

    Dans les zones qui ne tolrent pasdmissions, doit-on donner la priorit

    au rayon daction ou la puissance?

    Sous quelles conditions ambiantes(zones sensibles, exploitation de nuit,

    etc.) le vhicule doit-il servir?

    Pour les vhicules livrs par ABB Hybrid

    Systems, on a retenu la solution hybride

    srie, vu que les exigences lexploitation

    sans missions taient trs svres (les

    vhicules sont utiliss pour le service

    de distribution de marchandises, avec

    chargement et dchargement dans la cit)

    et que ces vhicules ntaient pas appels

    circuler pour de longues distances sur

    autoroute. Lexigence dmissions nulles

    signifie aussi que les batteries doivent tre

    dimensionnes en fonction de la demande

    dnergie (rayons daction) et non pas en

    fonction du besoin de puissance (nergie

    supplmentaire), mais sans amoindrir les

    aptitudes dacclration.

    Conclusion et perspectives

    Un objectif du dveloppement du camion

    hybride rsidait dans le dveloppement

    dun train de propulsion lectrique construit

    par ABB sur un vhicule de srie.

    En mode hybride, le moteur diesel tra-

    vaille des vitesses qui fournissent un ren-

    dement optimal (cest--dire en consom-

    mation de carburant) et avec de faibles

    missions. En outre, en mode hybride, le

    besoin moyen dnergie est fourni par

    lunit dnergie auxiliaire et lexcdent sert

    charger les batteries. Ds quune puis-

    sance supplmentaire est requise, celle-ci

    est fournie par les batteries.

    Les simulations montrent que la con-

    sommation de carburant est plus basse et

    que les missions sont trs fortement in-

    frieures celles dun vhicule conven-

    tionnel. La possibilit de rouler sans aucu-

    ne mission constitue un avantage suppl-

    mentaire.

    Les deux vhicules utiliss pour un essai

    de trois ans fourniront de prcieuses

    donnes acquises en exploitation commer-

    ciale et sous des conditions ralistes. Lun

    des objectifs de lexploitation dessai con-

    siste dterminer lacceptation de la nou-

    velle technique par les utilisateurs. Par ail-

    leurs, les expriences acquises montreront

    quelles parties du systme hybride doivent

    encore tre perfectionnes.

    Le supplment de poids des vhicules

    par rapport un camion Volvo FL6 conven-

    tionnel dpasse lgrement 3 tonnes. Ce

    dpassement provient du poids suppl-

    mentaire du train de propulsion, y compris

    les batteries. A plus longue chance, ce

    poids sera rduit par le perfectionnement

    des composants.

    Le camion hybride FL6 a une charge utile

    de 5 tonnes. Le poids supplmentaire nin-

    fluence pas le volume utile du pont du vhi-

    cule, de sorte que ce vhicule de livraison

    peut tre utilis sans rserve pour sa char-

    ge utile.

    Actuellement, les trains de propulsion

    lectriques sont chers. Ce fait est pourtant

    surtout imputable au fait que ses compo-

    sants sont produits en petites sries. Par

    une production de masse, les cots seront

    trs fortement rduits. Des tudes ont mon-

    tr qu lavenir, le prix dun train de propul-

    sion lectrique ne sera pas plus lev que

    celui dun systme conventionnel.

    Bibliographie

    [1] Chudi, P.; Malmquist, A.: Entranement

    hybride pour automobile. Revue ABB 9/93,

    312.

    [2] Chudi, P.; Malmquist, A.: Groupe pro-

    pulseur hybride faibles missions de

    substances nocives pour camions et auto-

    bus modernes. Revue ABB 6/7-96, 1218.

    Adresse de lauteur

    Niclas P. Berg

    ABB Hybrid Systems

    S-721 67 Vsters

    Sude

    Tlfax: +46 21 34 01 91

    E-mail:

    [email protected]

    Comparaison des valeurs simules des missions et de la consommationde carburant dun camion Volvo FL6 conventionnel et dun camion hybrideconstruit sur le mme chssis. On a simul des courses de distributiontypiques dans une zone citadine.

    a Camion Volvo FL6 de srie, 11 000 kgb Camion Volvo FL6 hybride, 14 000 kg, 71 km/jour, charg avec 39 kWh de nuitc Camion Volvo FL6 hybride, 14 000 kg, 140 km/jour, charg avec 39 kWh de nuit

    n Vitesse en km/h

    Orange Consommation de carburant (litres/100 km)Bleu Vitesse moyenne (km/h)Jaune Emissions de NOx (g/km)

    10

    40

    35

    30

    25

    20

    15

    10n

    5

    0

    a b c

    25.2

    36.5

    5.4

    15.8

    37 37

    22.5

    3.3 4.7

    V H I C U L E S H Y B R I D E S