OSIRIS POWERMETER: l’analyse des mesures électriques tout en finesse
FEV a développé un instrument de mesure électrique, l’OSIRIS Powermeter, qui complète sa gamme de solutions de bancs d’essais dans le domaine de l’e-mobilité. En tant que spécialiste dans le domaine des essais automobiles, FEV ne pouvait faire moins qu’un produit parfaitement adapté aux besoins des centres d’essais automobiles : mesures précises quel que soit l’échantillon testé, prise en compte de la dynamique, intégration dans le banc d’essai, etc…
Vous voilà donc sur la voie de l’e-mobilité. Dans votre centre d’essais, vous êtes de plus en plus souvent amené à tester des moteurs électriques et vous souhaitez les caractériser le plus précisément possible. Votre objectif final est d’optimiser la chaîne électrique dans son ensemble : de la batterie au convertisseur, du convertisseur au moteur électrique et du moteur à la roue. Il faut donc mesurer les tensions et les courants de chaque composant de votre chaîne de traction électrique afin d’évaluer le rendement dans les conditions habituelles du monde automobile, et plus particulièrement celui des centres de test. Cela signifie : des mesures de précision, que ce soit sur un petit moteur électrique 48 V dans un véhicule micro ou hybride léger ou sur un moteur Tesla 1 000 V ou similaire ; des mesures dynamiques prises en temps réel ; une intégration facile dans un banc d’essai sans aucune perturbation électromagnétique, etc.
Malheureusement, vous ne trouverez pas nécessairement sur le marché un produit qui répond à toutes ces caractéristiques difficiles en même temps. Grâce à votre longue expérience dans le domaine automobile, vous savez également que les exigences en termes de précision, de flexibilité et de mesures dynamiques vont continuer à augmenter avec le temps.
Julien Omnès, chef de produit OSIRIS chez FEV, explique les raisons de ce manque de solutions adaptées sur le marché : « Dans le domaine des mesures électriques, les acteurs habituels du marché opèrent dans un contexte énergétique et industriel hors du domaine de l’automobile : ils mesurent généralement des tensions très élevées, certes avec une grande précision, mais les instruments sont inadaptés lorsqu’il s’agit de mesurer des basses tensions. De plus, le moteur électrique tourne toujours à une vitesse relativement constante, sans les variations de vitesse considérables rencontrées dans un véhicule. »
S’adapte aux nouvelles éxigences de l’e-mobility 2019
Grâce à une étroite collaboration dans ses centres d’essais, les ingénieurs de FEV ont pu développer un powermeter adapté aux nouvelles exigences. La solution a été validée sur les installations existantes de FEV – plusieurs bancs d’essais e-motor ou e-axles et 10 bancs d’essais batteries en plus des 200 bancs d’essais traditionnels.
Le module électronique d’acquisition rapide, intégré dans une petite unité ultra compacte ½ 19 »’ x 1U, est logé dans le boîtier de la baie avec les autres modules. Cela permet de s’assurer qu’il est le plus près possible de l’unité testée : le moteur électrique seul (« e-motor ») ou le moteur et sa transmission (« e-axle »). OSIRIS reçoit les mesures de capteurs indépendants et de sondes de courant adaptées à l’entité testée. Les informations sont transmises en temps réel au système d’automatisation du banc d’essai au moyen de différents protocoles de communication. Si le système d’automatisation est MORPHEE, développé par FEV, l’information est intégrée directement dans le système. Il est combiné avec les informations de vitesse et de couple, ce qui permet de calculer le rendement du moteur en temps réel. Dans le cas de systèmes d’automatisation tiers, le logiciel OSIRIS sert d’interface : il est à noter qu’il est déjà compatible avec la plupart des systèmes d’automatisation actuellement sur le marché.
Examinons deux applications différentes : un véhicule micro-hybride avec une batterie de 48 V, un petit moteur électrique, et un véhicule entièrement électrique avec des tensions allant jusqu’à 1 000 V et des courants allant jusqu’à 1 000 A. « Si vous devez prendre des mesures sur deux applications aussi différentes, explique Julien Omnès, vous aurez des difficultés si le dispositif est le même pour les deux applications avec la même échelle ». Très souvent, la plage de mesure définie pour les hautes tensions dans le secteur de l’énergie est également utilisée pour mesurer une tension de 48 V… et le niveau de précision en souffre. « Nous avons développé un système qui s’adapte à toutes les configurations de bancs d’essais de nos clients grâce à notre système de capteurs et de sondes de courant adaptés à chaque configuration individuelle. Cela nous permet de satisfaire aux exigences de la norme WLTP sans aucun problème ».
Mesures dynamiques
Il va de soi que les mesures doivent être précises, mais dans le secteur automobile, elles doivent aussi être prises en temps réel. Philippe Lacassagne, directeur du développement des affaires, nous éclaire davantage sur le sujet : « Quand j’ai vu les premiers bancs d’essai de moteurs électriques pour les applications automobiles, j’ai immédiatement compris le problème. Dans le secteur automobile, nous avons besoin d’une grande dynamique : une voiture accélère et peut atteindre des régimes moteur élevés avant de ralentir à nouveau… Chaque cycle est différent : la mesure doit être prise pour chaque cycle et non sur une période de temps qui ne change jamais. Néanmoins, c’est ce qui se passait : le résultat était des courbes qui ne reflétaient pas la réalité. Et le filtrage n’est pas toujours une option. ». Pourtant, la solution était là sous notre nez : OSIRIS était à l’origine une solution d’analyse de combustion cycle par cycle avec acquisition de données en temps réel très efficace. L’enregistreur de données est ainsi parfaitement adapté aux besoins des moteurs électriques des véhicules : le traitement du signal permet de travailler sur la fréquence du signal électrique et non sur une période fixe, et donc de réaliser des calculs transitoires.
Deux problèmes parfois contradictoires se posent sur un banc d’essai : il est bon que la mesure soit prise le plus près possible du banc, mais il est également nécessaire de recevoir directement les informations dans la salle de contrôle des essais. Si toutes les mesures sont prises, traitées et affichées sur le banc d’essai, comment la salle de contrôle est-elle informée ? Certaines personnes utilisent des caméras sur le banc d’essai : une alternative très coûteuse. D’autres font passer des câbles du moteur électrique à la salle de contrôle : la qualité du signal peut donc être fortement affectée par les perturbations électromagnétiques généralement rencontrées sur un banc d’essai. OSIRIS apporte une solution simple à ce problème : il sépare les processus d’acquisition et de calcul des données. La mesure est effectuée sur le banc d’essai mais les informations arrivent par liaison UDP dans l’unité de contrôle directement via MORPHEE, en même temps que les calculs de régime moteur de sortie et de couple pour le moteur électrique ou la transmission. Le calcul de la puissance est donc effectué sans aucun intermédiaire dans le logiciel d’automatisation. Si le banc d’essai est équipé d’un système d’automatisation autre que MORPHEE, l’information est envoyée au logiciel OSIRIS qui est capable de communiquer avec tous les systèmes d’automatisation dans le monde.
Couplage des modules
La version de base d’OSIRIS dispose de 8 canaux : c’est largement suffisant pour couvrir la majorité des configurations de bancs d’essais. Par exemple, dans le cas des moteurs triphasés, 6 canaux sont utilisés pour les mesures de tension et de courant pour chaque phase à la sortie du convertisseur, et les deux autres canaux mesurent la tension et le courant à la sortie de la batterie ou du simulateur de batterie. Cependant, si des canaux supplémentaires sont nécessaires – dans certaines configurations de bancs d’essai e-axle ou sur des moteurs à six impulsions – un module d’acquisition haute vitesse à 8 canaux peut simplement être ajouté : les modules se configurent en cascade facilement. Étant donné qu’OSIRIS est également adapté à la mesure de pression dans un moteur à combustion, il peut également être utilisé sur un banc d’essai de moteur hybride pour couvrir les besoins des moteurs électriques et des moteurs à combustion.
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