Approche systémique pour la modélisation, la gestion de l'énergie et l'aide au dimensionnement des véhicules hybrides thermiques-électriques

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Auteur(s):  Trigui, Rochdi
Date de soutenance : 2011
Éditeur(s) : Université Lille1 - Sciences et Technologies 

Langue : Français
Garant ou directeur :  Bouscayrol, Alain
Classification : Sciences de l'ingénieur
Discipline : Sciences physiques
Mots-clés : Représentation énergétique macroscopique Véhicules multi-sources.
Véhicules électriques hybrides -- Conception et construction
Véhicules électriques hybrides -- Économies d'énergie
Véhicules électriques hybrides -- Groupes motopropulseurs
Dimensionnement (ingénierie) --

Résumé : Le véhicule hybride est un système complexe constitué de plusieurs sources et l’agencement de sa transmission peut faire appel à plusieurs composants. La possibilité d’avoir des dimensionnements différents de la batterie par rapport au moteur thermique, couplée aux diverses topologies possibles, représente autant de degrés de liberté qui peuvent être exploités pour son optimisation énergétique. Le premier chapitre de ce mémoire expose cette diversité en présentant les différentes classifications usuelles des véhicules hybrides. Hormis quelques applications qui visent à augmenter les performances dynamiques des véhicules (vitesse et accélération), l’objectif de l’hybridation est principalement la réduction de la consommation énergétique et des émissions de polluants. C’est l’objectif énergétique qui est considéré dans ces travaux. Afin d’atteindre cet objectif, des optimisations sont nécessaires sur différents plans. Pour un usage donné, les performances énergétiques du véhicule hybride dépendent de trois aspects fortement interdépendants qui sont i) la topologie de la chaîne de traction (série, parallèle, mixte), ii) le dimensionnement des composants et iii) la stratégie de gestion de l’énergie entre les différentes sources. Pour appréhender ces différentes dimensions et leur couplage, une approche systémique s’appuyant sur la modélisation a été mise en place avec les membres de l’équipe Véhicules Electriques et Hybrides du LTE. Cette approche a abouti au développement d’un outil de simulation, VEHLIB, qui a permis de capitaliser les différents travaux de modélisation. Cet outil, présenté dans le deuxième chapitre, a été utilisé ensuite pour servir les objectifs d’optimisation de la gestion de l’énergie et d’aide au dimensionnement des véhicules hybrides. Dans le cadre du réseau MEGEVH, une ouverture vers la Représentation Energétique Macroscopique (REM, développée au L2EP de Lille) a permis de démontrer l’apport incontestable de la REM pour la synthèse systématique de la commande des systèmes. Le chapitre 3, consacré à la gestion de l’énergie, présente un état de l’art des méthodes développées ces dix dernières années ainsi que notre contribution dans ce domaine. Cette dernière a consisté, dans un premier temps, en l’utilisation et l’amélioration des méthodes à base de règles expertes. Deux thèses ont ensuite proposé l’optimisation de la gestion de l’énergie du point de vue de la consommation de carburant. Tous ces travaux se sont appuyés sur une démarche utilisant la modélisation et l’expérimentation sur banc d’essai à l’échelle 1 dans une configuration de véhicule émulé (Hardware In the Loop – HIL-simulation). Il s’est posé également, pour le véhicule hybride, le problème de la taille relative de la batterie et des machines électriques vis-à-vis de la taille du moteur thermique. En effet, pour un cahier des charges dynamique donné, plusieurs dimensionnements peuvent être admissibles. Une procédure d’aide au dimensionnement a été mise en œuvre dans l’équipe et a fait l’objet de divers travaux, présentés dans le chapitre 4. En théorie, la définition générale du véhicule hybride ne se limite pas à la version thermique-électrique qui a fait l’objet de la plupart de nos contributions jusqu’ici. D’autres possibilités d’association de sources (pile à combustible, supercondensateurs, volant d’inertie, etc.) sont envisagées et font l’objet de travaux récents. On peut parler dans ce cas de véhicule multi-sources. Tant au niveau des topologies qu’au niveau de la gestion de l’énergie et du dimensionnement, des travaux de recherche sont encore nécessaires pour tenter de généraliser les concepts déjà développés pour le véhicule hybride thermique-électrique. L’utilisation de formalismes structurants à l’image de la REM permettrait d’appréhender la complexité croissante et de réaliser l’articulation entre les différents niveaux de commande, locale et globale. Le dernier chapitre de ce mémoire détaille plusieurs ouvertures et perspectives concernant ces différentes dimensions.



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