Laboratoire d'Electromécanique de Compiègne (LEC) - EA 1006

Le Laboratoire d'Électromécanique de Compiègne (LEC) est centré sur un axe de recherche unique : les Actionneurs électriques et un système de motricité à énergie embarquée.

Objectifs

Pôle de compétence dans le domaine de la conception globale des actionneurs à pilotage électronique, le LEC aborde des aspects aussi variés que la modélisation des phénomènes électromagnétiques, l'électronique de puissance, la commande, mais aussi les contraintes liées à la thermique et à l'acoustique.

Equipes et thèmes de recherche

Les activités du LEC sont déployées sous 2 équipes complémentaires :

Conception, modélisation et optimisation des actionneurs électriques (COMEC)

Cette thématique s'intéresse aux actionneurs électriques présentant un caractère novateur tant au niveau de la structure (machine, électronique de puissance et commande), que des conditions d'utilisation de structures plus classiques. Cet axe nécessite une approche scientifique et technologique pluridisciplinaire associant l'électrotechnique, l'électronique de puissance, la commande, la thermique, la mécanique, ainsi que les outils mathématiques de l'analyse numérique et de l'optimisation.

Alimentation des systèmes à énergie embarquée (AS2E)

Cette thématique s'inscrit dans la recherche constante d'une augmentation d'autonomie des systèmes à énergie embarquée, ce qui impose un dimensionnement et un contrôle optimal des actionneurs, mais également de leur système d'alimentation. L'intérêt porte donc sur les stratégies de modulation de largeur d'impulsion et sur la modélisation des dispositifs électrochimiques adaptés au génie électrique.

Plateformes

Le LEC, dans sa volonté de validation expérimentale et de valorisation de ses actions de recherches, s'est doté d'équipements importants dont certains ont été conçus spécifiquement et sont uniques par leurs caractéristiques techniques. Citons de manière non exhaustive les 3 principales plateformes :

  • Caractérisation "machine électriques" : La plateforme CARAMEL (CARActérisation des Machines ÉLectriques à grande vitesse) permet de caractériser de manière fine les performances énergétiques des moteurs-générateurs développés au laboratoire dans une gamme de puissance de 40kW et dans une gamme de vitesse allant jusqu'à 40 000trs/mn.
  • Caractérisation "éléments de stockage d'énergie" : La plateforme MOCABAT (MOdélisation et CAractérisation des BATteries) permet de solliciter différents types de batteries de puissance pour des courants allant jusqu'à 500 Ampères, d'étudier leur vieillissement et de les caractériser par des méthodes impédancemétrie dans un environnement thermique contrôlé.
  • Batterie et système : La plateforme SIRTEX (SImulator for Real Time EXperiment) propose un dispositif constituant l'étape ultime avant un passage à la réalisation d'un véhicule et à sa validation dans son environnement. Cette plateforme HIL (Hardware In the Loop) peut émuler un véhicule (électrique ou hybride) mais aussi tout autre type de véhicule, voire système d'énergie renouvelable pour lequel l'accumulateur électrochimique reste un élément essentiel (véhicules électriques ou hybrides, avion plus électrique, solaire, éolien...). Cette plateforme permet d'intégrer le "système batteries" dans un environnement complexe modélisé numériquement en temps réel. Par exemple, cet ensemble permet d'évaluer un système d'alimentation réel associé à un véhicule hybride virtuel afin de tester différentes stratégies de contrôle d'énergie. La gamme de puissance utilisable est de 32 kW.

Un domaine d'application privilégié par le LEC concerne le "véhicule propre et économe". Le LEC a en outre été sélectionné à prendre part à 5 projets nationaux dans le cadre d'appels d'offres de l'agence nationale de la recherche (ANR) et du fonds unique interministériel (FUI).

Projets ANR

› Le projet SIMSTOCK (modélisation du comportement des systèmes de stockage d'énergie embarqués pour véhicules routiers) concerne l'étude du vieillissement en cyclage de systèmes de stockage d'énergie électrique.

› Le projet AREMA (Amélioration Rendement Moteur Alternateur) étudie les possibilités d'amélioration du rendement de l'alternateur ou de l'alterno-démarreur afin d'économiser du carburant et de diminuer les émissions de CO2 .

› Le projet M2EI (Machine Électrique et Électronique Intégrée) définit les outils et le savoir faire en vue de la réalisation de machines électriques innovantes et compatibles avec les coûts du domaine automobile pour des propulsions hybrides.

Projet FUI

Pour les véhicules à motorisation thermique, les constructeurs automobiles ont su intégrer les contraintes acoustiques et vibratoires au sein du processus de conception. Le challenge d'AVELEC (Acoustique de Véhicules ELECtriques) est de construire un savoir-faire équivalent pour les véhicules électriques. Le projet vise à développer les méthodes et outils qui permettront de prendre en compte les contraintes dès les premières phases de conception des véhicules électriques. Les paramètres à étudier sont la commande moteur, la réponse dynamique du Groupe Motopropulseur Électrique (GMPE) et le transfert à la caisse et/ou dans l'environnement.

Le LEC contribue aux programmes d'investissements d'avenir sur la motorisation des véhicules propres dans le cadre du pôle MOVEO et de l'ITE VEDECOM :

Projet ITE VEDECOM - PIA ADEME "Véhicules du futur"

Le projet ESSENCYELE (Moteur ESSENCe injection directe hYbride Électrique abordabLE) vise à développer un nouveau système d'hybridation pour véhicules à essence de type intermédiaire susceptible d'offrir un compromis entre les solutions existantes d'hybridation micro (fonction Stop & Start, aux gains de CO2 limités mais à coût réduit) et full (fonction roulage électrique, aux gains de CO2 importants mais à coût élevé).

Projet Région Hauts-de-France

La volonté du LEC est d'allier une recherche universitaire de qualité à une forte volonté de recherches partenariales. Ses actions de recherche s'intègrent dans les politiques de recherche de la Région Picardie. Le projet GEOMED a ainsi pour objectif de définir, concevoir, piloter et surveiller des génératrices électriques de nouvelle génération à haut rendement énergétique appliquées à la production électrique d'origine éolienne ou hydraulique.

Actionneur électrique et véhicule propre

Pour le grand public, les enjeux du véhicule électrique résident dans la batterie, sa puissance, son autonomie. Mais, sans un actionneur électrique, la batterie ne serait rien. " L'actionneur électrique est un système qui transforme l'énergie électrique en énergie mécanique et rend ainsi "opérationnelle" une batterie. Un actionneur électrique est constitué de trois briques principales : une batterie et son électronique de contrôle, une électronique de traitement d'énergie et d'une machine électrique ", explique Guy Friedrich, du LEC. L'équipe de l'UTC a choisi de concentrer ses efforts sur les systèmes à énergie embarquée (donc avec batterie) qu'il s'agisse d'une voiture, d'un avion ou de tout autre mobile énergétiquement autonome.

Les enjeux des actionneurs électriques sont multiples : " une batterie doit être efficace. Elle ne doit pas exploser. Elle doit doit durer longtemps. 30% du coût d'une batterie est lié à son électronique de surveillance " insiste-t-il. Démarrés il y a une quinzaine d'années, les travaux de son équipe sur l'alterno-démarreur ont abouti, par exemple, à une technique qui est en train de s'imposer dans les véhicules grand public : le système du "stop and go".

L'équipe de Guy Friedrich travaille à la conception et la modélisation des différents éléments constitutifs l'actionneur électrique. " En développant des modèle numériques de ce qui se passe à l'intérieur même du système, les industriels peuvent travailler sur des prototypes virtuels et connaître l'impact de leur choix sur le silence, la puissance ou le rendement. "

Ces modèles numériques permettent ainsi de pousser les différents éléments de l'actionneur électrique dans leurs retranchements et ce, dans les meilleures conditions énergétiques et de sécurité possibles.

La longévité de la batterie dépend en grande partie de la façon dont on l'utilise. " Sur une flotte captive comme une administration, si l'usage des batteries est bien contrôlé (recharge au bon moment, pas d'utilisation par grand froid, ...), une batterie peut durer cinq ans. " Un particulier risque d'être moins délicat. Le LEC contribue aux programmes SimStock et SimCal initiés par l'État sur le véhicule propre. " L'enjeu est d'améliorer les batteries, notamment leur durée de vie. "

Contact

Chercheur
Guy Friedrich
Tél : 03 44 23 45 13 | Contacter par mail

La Recherche à l'UTC

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