La révolution de la régénération : comment les convertisseurs AC-DC bidirectionnels peuvent réduire les coûts énergétiques des installations de test

12 Minuten Temps de lecture
Rédigé par
Kael Yuan
Publié le
25. décembre 2025

Points clés

  • Les modules de puissance bidirectionnels TPS permettent un flux d’énergie contrôlé entre réseaux AC et charges DC. Ils constituent une base technique adaptée aux systèmes de test régénératifs et aux lignes de formation de batteries.
  • Des rendements élevés (jusqu’à 96 % en AC-DC et jusqu’à 95 % en DC-AC, selon le modèle et le point de fonctionnement), associés à un facteur de puissance élevé (jusqu’à 0,99), peuvent contribuer à réduire la consommation énergétique nette dans des environnements de test intensifs.
  • La technologie de soft-switching contribue à limiter les pertes de commutation et les interférences électromagnétiques (EMI), facilitant une conception conforme aux exigences EMC telles que la norme EN 55032 en laboratoire et en production.
  • Un faible taux de distorsion harmonique du courant (THDi < 5 %) et le fonctionnement automatique en parallèle favorisent un comportement respectueux du réseau et des architectures systèmes évolutives.
  • Une conception modulaire associée à un refroidissement par air forcé permet une configuration flexible, une maintenance facilitée et une utilisation en fonctionnement continu.
  • Les modules TPS sont utilisés dans des applications telles que les tests de batteries, la formation de cellules et les systèmes de power aging régénératif, où la récupération d’énergie peut améliorer l’efficacité globale des installations.

Repenser l’utilisation de l’énergie dans les tests industriels

Les activités de test industriel et de fabrication de batteries sont de plus en plus influencées par des exigences d’efficacité énergétique et de durabilité. Les systèmes de test conventionnels prélèvent généralement l’énergie électrique sur le réseau et dissipent une part importante de cette énergie sous forme de chaleur lors des phases de décharge ou d’aging. Cela se traduit par des coûts d’exploitation élevés, une gestion thermique complexe et une sollicitation accrue des infrastructures électriques.

Les convertisseurs AC-DC bidirectionnels offrent une approche alternative. En permettant une récupération contrôlée de l’énergie pendant les phases de décharge, ils rendent possible la conversion d’une partie de cette énergie en puissance AC réutilisable. Dans des applications telles que la formation de cellules de batteries, le power aging ou les tests d’onduleurs, ce principe régénératif peut réduire à la fois la consommation énergétique nette et la charge thermique, selon l’architecture du système et les paramètres du procédé.

Limites des systèmes de test conventionnels

Les bancs de test traditionnels utilisés dans la fabrication de batteries et la validation de l’électronique de puissance reposent souvent sur des charges résistives ou électroniques. Bien que simples d’un point de vue fonctionnel, ces solutions présentent plusieurs contraintes :

  • Consommation énergétique élevée : l’énergie électrique est majoritairement transformée en chaleur.
  • Charge thermique importante : l’évacuation de la chaleur nécessite des infrastructures de refroidissement conséquentes.
  • Coûts d’exploitation : l’électricité et le refroidissement représentent une part significative des dépenses.
  • Scalabilité limitée : l’extension des installations est conditionnée par la capacité du réseau et du système de refroidissement.
  • Objectifs de durabilité : la dissipation continue de l’énergie est en décalage avec de nombreuses stratégies d’efficacité énergétique.

Les modules de puissance bidirectionnels apportent une réponse à ces limitations en permettant, dans des scénarios adaptés, la réutilisation de l’énergie plutôt que sa dissipation permanente.

Technologie de base : conversion de puissance AC-DC bidirectionnelle

Un module de puissance bidirectionnel TPS est un convertisseur quatre quadrants capable de fonctionner à la fois comme redresseur et comme onduleur au sein d’un même équipement. Ses fonctions principales comprennent :

  • Fonctionnement AC-DC (redresseur) : fourniture d’une tension DC stable et programmable pour la charge de batteries ou l’alimentation de charges DC.
  • Fonctionnement DC-AC (onduleur) : conversion de l’énergie DC issue, par exemple, d’une batterie en décharge, en puissance AC compatible réseau pour la réinjection ou l’utilisation locale.
  • Qualité de l’énergie : maintien d’un facteur de puissance élevé (jusqu’à 0,99 selon les conditions) et d’un faible taux de distorsion harmonique (THDi < 5 %).
  • Dynamique de fonctionnement : transition rapide entre les modes source et charge pour des profils de test dynamiques (temps de commutation dépendant du modèle).

Ces caractéristiques rendent les modules bidirectionnels particulièrement adaptés aux environnements de test régénératifs, où le sens du flux de puissance varie fréquemment.

Technologische Vorteile im Detail

Avantages techniques principaux

1. Technologie de soft-switching et rendement

Les convertisseurs à commutation dure génèrent davantage de pertes, de chaleur et de perturbations électriques lors des transitions de commutation. Les modules bidirectionnels TPS utilisent des techniques de soft-switching, telles que la commutation à tension nulle ou à courant nul.

  • Rendement : les rendements typiques se situent, selon le modèle et le point de fonctionnement, entre environ 91,5 % et 96 % en mode AC-DC, et entre environ 86 % et 95 % en mode DC-AC.
  • Comportement thermique : la réduction des pertes se traduit par une génération de chaleur plus faible, favorisant des conceptions compactes et une fiabilité à long terme.
  • Compatibilité EMC : des fronts de commutation plus doux peuvent réduire les émissions électromagnétiques et faciliter le respect de la norme EN 55032.

2. Facteur de puissance et performances harmoniques

Dans des installations comportant de nombreux canaux de test en parallèle, la qualité de l’énergie est un critère clé.

  • Facteur de puissance élevé : un facteur de puissance proche de l’unité permet une utilisation efficace des transformateurs, câbles et autres éléments de l’infrastructure existante.
  • Faible THDi : une distorsion harmonique limitée contribue à réduire la sollicitation du réseau et des équipements en amont, et à satisfaire les exigences de raccordement.

3. Architecture modulaire et fonctionnement en parallèle

Les modules TPS reposent sur une approche modulaire favorisant l’évolutivité des systèmes.

  • Extension modulaire : la puissance totale peut être augmentée par l’ajout de modules standardisés, de quelques kilowatts à plusieurs dizaines de kilowatts par unité.
  • Fonctionnement automatique en parallèle : le partage de courant intégré permet l’exploitation simultanée de plusieurs modules avec un effort de configuration réduit.
  • Redondance et maintenance : des concepts tels que la redondance N+1 et la capacité de remplacement à chaud contribuent à une disponibilité élevée en fonctionnement continu.

4. Gestion thermique pour l’exploitation industrielle

Un refroidissement efficace est essentiel pour les applications 24/7. Les modules TPS utilisent un refroidissement par air forcé avec commande intelligente des ventilateurs et différentes configurations de flux d’air, adaptées aux architectures d’armoires. Le fonctionnement à pleine puissance est possible jusqu’à des températures ambiantes définies, avec un déclassement contrôlé au-delà.

Ein modernes Batterieformierungslager mit Reihen von Racks. Jedes Rack ist mit mehreren TPS-bidirektionalen Modulen bestückt.

Applications typiques

Formation et test de cellules de batteries

Lors de la formation des batteries, l’énergie est stockée puis restituée de manière cyclique. Les modules bidirectionnels permettent, pendant les phases de décharge, de récupérer une partie de l’énergie et de la réinjecter dans le réseau AC. Selon la conception de la ligne et les paramètres du procédé, cela peut réduire de manière notable la demande énergétique nette par rapport aux méthodes de décharge purement dissipatives.

Une régulation précise de la tension et du courant, une faible ondulation et de larges plages de tension DC rendent ces modules adaptés aux tests de cellules individuelles comme de modules batteries haute tension.

Power aging régénératif (burn-in)

Dans les essais d’aging d’alimentations ou d’onduleurs, la puissance délivrée par l’équipement sous test peut être convertie en énergie AC compatible réseau au moyen d’une charge régénérative. Dans ce type de configuration, la consommation énergétique globale est généralement liée aux pertes du système plutôt qu’à la puissance nominale complète de l’équipement testé.

Test d’équipements bidirectionnels

Les essais d’onduleurs, de chargeurs embarqués (OBC) ou d’autres dispositifs bidirectionnels nécessitent des sources capables de fournir et d’absorber de la puissance. Un module bidirectionnel peut simuler à la fois le réseau et une batterie au sein d’un même système, permettant des tests en quatre quadrants.

Systèmes DC moyenne et haute tension

TPS propose également des solutions avec sorties DC de moyenne tension et entrées AC triphasées, adaptées aux chaînes de batteries haute tension et aux niveaux de puissance industriels.

Vue d’ensemble de la gamme de produits

La gamme de modules bidirectionnels TPS couvre un large éventail de puissances et de configurations, notamment :

  • Monophasé, faible puissance : pour les laboratoires R&D et les bancs de test compacts.
  • Monophasé, puissance intermédiaire : pour des systèmes de test à densité accrue.
  • Triphasé, puissance standard : couramment utilisé dans les lignes industrielles de formation et les racks d’aging.
  • Triphasé, forte puissance : destiné aux systèmes régénératifs centralisés de grande puissance.
  • Séries à sortie DC moyenne tension : optimisées pour la formation de chaînes de cellules et les tests de modules.

Conformité et intégration

Les modules de puissance bidirectionnels TPS sont conçus pour un usage industriel et prennent en charge, selon le modèle, des exigences telles que la conformité CE, la directive RoHS et certaines normes UL / IEC. Des interfaces de communication comme CAN et RS-485 facilitent l’intégration dans des systèmes de test automatisés et des environnements de contrôle industriel.

Conclusion

La conversion de puissance AC-DC bidirectionnelle devient un élément clé des systèmes modernes de test et de fabrication de batteries. En permettant la récupération d’énergie plutôt que sa dissipation continue, les architectures régénératives peuvent contribuer à réduire les coûts d’exploitation, à diminuer la charge thermique et à améliorer l’efficacité globale des installations.

Les modules de puissance bidirectionnels TPS offrent une base modulaire et évolutive pour ces applications, depuis les bancs de laboratoire jusqu’aux systèmes industriels de forte puissance. À mesure que les exigences en matière d’efficacité énergétique et de durabilité augmentent, les concepts de test régénératif sont appelés à jouer un rôle croissant dans les environnements de production et de validation futurs.

Eine saubere Collage verschiedener TPS Bidirektionaler Leistungsmodule.
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