Le premier championnat mondial de voitures de tourisme hybrides utilisera les nouvelles batteries intelligentes haute-densité de Delta Motorsport

La densité et la fonctionnalité de ces batteries de puissance élevée permettent d'éliminer l'alternateur du véhicule, ce qui réduit le poids et renforce la fiabilité.

Delta Motorsport a été chargé de concevoir une nouvelle batterie ainsi que l'électronique associée pour le « boost tactique » du Championnat britannique de voitures de tourisme. Grâce à un réseau modulaire de distribution d'énergie (PDN), le système fournit des performances élevées à partir d'une source 48 V continu.

Le célèbre Championnat britannique de voitures de tourisme (BTCC) est une institution depuis 1958. Il s'agit d'un grand spectacle où plus de 30 voitures de tourisme de haute technologie luttent pour la victoire. En 2022, ce championnat ajoutera une nouvelle dimension en devenant le premier grand championnat de voitures de tourisme au monde à présenter des véhicules hybrides légers à hautes performances.

Le BTCC a précisé qu'un moteur électrique pourra être utilisé tactiquement par les pilotes pour augmenter les performances du moteur à combustion interne et améliorer l'accélération du véhicule. Un contrat a été attribué à Cosworth Electronics, qui a sous-traité à l’entreprise spécialisée Delta Motorsport, la réalisation du matériel nécessaire. Étant donné sa réputation d'ingénierie multidisciplinaire et son expertise en électronique, Delta Motorsport a accepté de concevoir le système de batterie ainsi que l'électronique correspondante pour le « boost tactique ».

La nouvelle batterie lithium-ion 48 V est dotée d'un système innovant de gestion d'énergie intelligente, d'un convertisseur DC-DC à haute densité de puissance, ainsi que d'un système de régulation. La batterie alimente la combinaison onduleur-moteur et stocke également l'énergie régénérée par celui-ci, tandis que le convertisseur à haute densité de puissance alimente tous les circuits et dispositifs électriques de la voiture. Le niveau de densité de puissance et la gestion d'énergie fournis par cette architecture ont permis de supprimer l'alternateur, améliorant encore le poids, les performances et la fiabilité.

Le système est compact, léger et très performant grâce à son réseau modulaire de distribution d'énergie (PDN) qui intègre une source d'alimentation 48 V continu alimentant quatre convertisseurs DC-DC connectés en parallèle, qui ensemble fournissent jusqu'à 92 A sous 13.8 V (soit une puissance d'environ 1,2 kW). La charge est répartie sur les quatre convertisseurs, bien qu'elle puisse être entièrement supportée par seulement trois d’entre eux, selon une redondance N+1 de type aéronautique.

Le moteur triphasé sans balais du système hybride est relié à la batterie par un onduleur bidirectionnel, capable d'acheminer l'énergie de la batterie vers le moteur et aussi l'énergie régénérée par le moteur vers la batterie.

Le moteur électrique entraîne le véhicule en mode VE pur (moteur électrique seul, pas de moteur à combustion interne) pendant son trajet à vitesse limitée dans la voie des stands, et également en mode hybride doux (moteur thermique et moteur électrique ensemble) lorsque le conducteur a besoin d'un surcroit de performances pendant la course.

Intelligence et gestion innovantes de la batterie

La batterie comprend un système de gestion qui contrôle la tension de toutes les cellules et garantit que la batterie applique les tensions de charge et de décharge optimales à tout moment, tout en communiquant avec le contrôleur du moteur-onduleur. Il calcule et informe en permanence le contrôleur sur la quantité de courant que la batterie peut fournir ou accepter, en fonction de son niveau de charge (SoC pour State of Charge). La demande de puissance doit être limitée aux faibles niveaux de charge, tandis que la régénération doit être limitée aux niveaux de charge élevés.

Le système surveille également les températures de toutes les cellules disponibles en temps réel et intègre ces résultats dans les calculs de puissance disponible. En outre, il est capable d'ouvrir certains contacteurs pour isoler la batterie en toute sécurité en cas de problème.




Delta Motorsport a conçu un réseau de distribution d'énergie utilisant une source 48V continu, qui alimente quatre convertisseurs DC-DC connectés en parallèle, qui ensemble fournissent jusqu'à 92 A sous une tension régulée de 13,8 V (soit une puissance d'environ 1,2 kW). La charge est répartie sur les quatre convertisseurs, bien qu'elle puisse être entièrement supportée par seulement trois d’entre eux, selon une redondance N+1 de type aéronautique.

Le système de gestion de batterie prend en charge l'enregistrement des données et les diagnostics, afin d'enregistrer les performances du convertisseur DC-DC. Cela permet non seulement de vérifier l'état opérationnel du système, mais aussi de fournir un retour d'information sur la quantité exacte de courant fourni aux différents véhicules.

Modules de puissance DC-DC Vicor

Le convertisseur de puissance DC-DC fait appel à quatre modules d'alimentation ChiP Vicor DCM3623 isolés et régulés, pour fournir une sortie régulée de 13,8 V à partir du bloc-batterie avec des niveaux de courant allant jusqu'à 92 A. Grâce à leur faible épaisseur et à leur empreinte réduite, ces modules sont montés en contact thermique direct avec les plaques de refroidissement à micro-alésages présentes entre les cellules de la batterie.




Réseau de distribution de puissance Vicor élaboré par Delta Motorsport

Il s’agit d’un élément critique, puisqu'il est essentiel de consacrer le maximum de volume aux composants productifs c’est-à-dire aux cellules de la batterie, plutôt qu'à l'électronique de puissance. L'échelonnabilité et la facilité de mise en parallèle des modules DCM ont permis de créer l'architecture d'alimentation modulaire permettant à Delta d'adapter le réseau de distribution d'énergie DC-DC dans un espace réduit, sans sacrifier la puissance.

Les modules de puissance Vicor ont excellé lors des tests initiaux des batteries, sans qu'il soit nécessaire de les sous-solliciter, et sans que la tension ne chute. Les futurs véhicules électriques auront inévitablement besoin d'une électronique de puissance plus compacte, plus légère et offrant un meilleur rendement, pour répondre aux exigences croissantes en matière de performances. Alors que les fabricants passent aux batteries 48 V pour répondre aux besoins de puissance accrue, l'approche modulaire Vicor permet d'améliorer le rendement du réseau de distribution d'énergie, en réduisant les pertes de puissance et le poids, grâce à des câbles et à des connecteurs plus petits et plus légers.

Delta Motorsport utilise aussi un Vicor PI3105, un petit convertisseur isolé de 60 W pour créer une alimentation sans coupure (UPS), qui alimente l'électronique de la batterie et maintient ses systèmes de sûreté opérationnels, même lorsqu'elle est isolée de l'alimentation du véhicule. L'alimentation sans coupure permet également d'alimenter l'électronique indépendamment du véhicule, ce qui permet la connexion à distance pour procéder à des vérifications du système.

« Pilotes du Championnat britannique de voitures de tourisme... Démarrez vos moteurs HYBRIDES ! »

www.vicorpower.com

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