Approche systématique de l'optimisation du dimensionnement et de l'élaboration de lois de gestion d'énergie de véhicules hybrides PDF Download
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Book Description
Un véhicule hybride est un véhicule qui dispose d'au moins deux sources d'énergie pour son déplacement. Dans le cas du véhicule hybride thermique électrique, une source est non-réversible (réservoir de carburant) l'autre est réversible (batterie). Le problème est d'utiliser de manière optimum par rapport à la consommation de carburant (et donc les émissions de CO2) l'énergie disponible dans la batterie. Cette optimisation est possible en utilisant au mieux les degrés de liberté de la chaîne de traction du véhicule (rapports de boîte par exemple), tout en satisfaisant la demande de puissance du conducteur.
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Un véhicule hybride est un véhicule qui dispose d'au moins deux sources d'énergie pour son déplacement. Dans le cas du véhicule hybride thermique électrique, une source est non-réversible (réservoir de carburant) l'autre est réversible (batterie). Le problème est d'utiliser de manière optimum par rapport à la consommation de carburant (et donc les émissions de CO2) l'énergie disponible dans la batterie. Cette optimisation est possible en utilisant au mieux les degrés de liberté de la chaîne de traction du véhicule (rapports de boîte par exemple), tout en satisfaisant la demande de puissance du conducteur.
Author: Marie-Cécile Pera Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 1118576926 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 251
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This book focuses on the methods of storage commonly used in hybrid systems. After an introductory chapter reviewing the basics of electrochemistry, Chapter 2 is given over to the storage of electricity in the form of hydrogen. Once hydrogen has been made, we have to be able to convert it back into electricity on demand. This can be done with another energy converter: a fuel cell, the subject of Chapter 3. Such a system is unable to deliver significant dynamics in terms of storage and release of electricity and needs to be supplemented with another solution: a detailed study of supercapacitors is provided in Chapter 4.While the storage systems touched upon in the previous three chapters (hydrogen batteries and supercapacitors) both exhibit advantageous characteristics, at present they are still relatively costly. Thus, the days of the electrochemical accumulator by no means appear to be numbered just yet. This will therefore be the topic of Chapter 5. Finally, on the basis of the elements laid down in the previous chapters, Chapter 6 will focus on electrical hybridization of these storage systems, with a view to enhancing the performance (in terms of energy, lifetime, cost, etc.) of the newly formed system. Aimed at an audience of researchers, industrialists, academics, teachers and students, many exercises, along with corrected solutions, are provided throughout the book. Contents 1. Basic Concepts of Electrochemistry used in Electrical Engineering. 2. Water Electrolyzers. 3. Fuel Cells. 4. Electrical Energy Storage by Supercapacitors. 5. Electrochemical Accumulators. 6. Hybrid Electrical System. About the Authors Marie-Cécile Péra is a Full Professor at the University of Franche-Comte in France and Deputy Director of the FEMTO-ST Institute (CNRS). Her research activities include modeling, control and diagnosis of electric power generation systems (fuel cells – PEMFC and SOFC, supercapacities, batteries) for transportation and stationary applications. She has contributed to more than 180 articles in international journals and conferences. Daniel Hissel is Full Professor at the University of Franche-Comte in France and Director of the Fuel Cell Lab Research Federation (CNRS). He also leads a research team devoted to hybrid electrical systems in the FEMTO-ST Institute (CNRS). He has published more than 250 research papers on modeling, control, diagnostics and prognostics of hybrid electrical systems. Hamid Gualous is Full Professor at the University of Caen Lower Normandy in France and director of the LUSAC laboratory. His current research interests include power electronics, electric energy storage, power and energy systems and energy management. Christophe Turpin is Full Researcher at the CNRS (French National Center for Scientific Research). He is responsible for hydrogen activities within the Laboratory LAPLACE, Toulouse, France. His research activities include the characterization and modeling of fuel cells and electrolyzers, the state of health of these components, and their hybridization with other electrochemical components (ultracapacitors, batteries) within optimized energy systems for stationary and aeronautical applications.
Author: Francois Beguin Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 352764668X Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 596
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Supercapacitors are a relatively new energy storage system that provides higher energy density than dielectric capacitors and higher power density than batteries. They are particularly suited to applications that require energy pulses during short periods of time, e.g., seconds or tens of seconds. They are recommended for automobiles, tramways, buses, cranes, fork-lifts, wind turbines, electricity load leveling in stationary and transportation systems, etc. Despite the technological maturity of supercapacitors, there is a lack of comprehensive literature on the topic. Many high performance materials have been developed and new scientific concepts have been introduced. Taking into account the commercial interest in these systems and the new scientific and technological developments now is the ideal time to publish this book, capturing all this new knowledge. The book starts by giving an introduction to the general principles of electrochemistry, the properties of electrochemical capacitors, and electrochemical characterization techniques. Electrical double layer capacitors and pseudocapacitors are then discussed, followed by the various electrolyte systems. Modelling, manufacture of industrial capacitors, constraints, testing, and reliability as well as applications are also covered. 'Supercapacitors - Materials, Systems, and Applications' is part of the series on Materials for Sustainable Energy and Development edited by Prof. G.Q. Max Lu. The series covers advances in materials science and innovation for renewable energy, clean use of fossil energy, and greenhouse gas mitigation and associated environmental technologies.
Author: Alan Chauvin Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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L'hybridation des sources de puissance dans le domaine des applications embarquées s'est imposée comme une solution adéquate pour répondre aux législations environnementales et atteindre une meilleure efficacité énergétique. Toutefois, le choix dans le dimensionnement des composants et la stratégie de commande doivent répondre à un cahier des charges, souvent complexe et hétérogène, tout en limitant les coûts du système. La résolution de ce problème d'optimisation incluant de nombreuses variables peut s'avérer complexe à cause des non-linéarités présentes dans le problème formulé. Il faut donc disposer d'outils de résolution efficaces et capables de fournir une solution fiable. Dans cette thèse, nous proposons une méthode d'optimisation globale pour le dimensionnement et la commande optimale de véhicules hybrides basée sur l'optimisation combinatoire, et en particulier sur la programmation linéaire en nombres entiers (PLNE). A partir d'un problème d'optimisation non linéaire, le problème initial est reformulé en une multitude de sous-problèmes linéaires en nombres entiers sur lesquels un algorithme de Branch & Bound parallèle est exécuté. Afin de résoudre des problèmes de grande taille, un second algorithme basé sur le Branch & Cut est développé. Cette méthode est déployée pour l'étude d'un système d'alimentation hybride d'une mini-excavatrice électrique. Le problème d'optimisation, dans lequel des contraintes énergétiques et des contraintes de vieillissement sont implantées, est évalué suivant différents paramètres du cahier des charges. Enfin, cette approche est également appliquée pour l'optimisation de trajectoires d'un système multi-actionneur synchronisés.
Author: Vincent Reinbold Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Depuis l'essor des ordinateurs et des capacités de calcul, la conception des composants du génie électrique repose largement sur des simulations informatiques et sur des calculs numériques. Dans les systèmes complexes, où de nombreux composants interagissent pour le bon fonctionnement du système, le dimensionnement optimal du composant dépend nécessairement de son environnement systémique. La conception de celui-ci est fortement liée au fonctionnement du système global. La conception intégré du composant dans son environnement systémique permet ainsi de repousser les limites de l'efficacité énergétique, pour des systèmes plus performants et moins consommateurs. En support à ce contexte méthodologique, nous proposons de dimensionner par optimisation un moteur électrique pour un véhicule hybride dans le but d'améliorer l'efficacité énergétique globale du véhicule. Dans ce travail, nous avons modélisé le moteur électrique par un schéma réluctant, et nous proposons deux approches méthodologiques différentes du même problème. Les points clés de notre approches sont : la prise en compte de l'environnement du moteur, du cycle de fonctionnement et de la gestion de l'énergie du système.
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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.
Author: Thomas Miro Padovani Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Le véhicule hybride électrique dispose de deux sources d'énergie distinctes pour se mouvoir : le carburant, ainsi qu'un système de stockage électrique ayant la particularité d'être réversible. La loi de gestion d'énergie a pour objectif de superviser les flux de puissance dans le groupe motopropulseur en intervenant sur le point de fonctionnement des organes de celui-ci, et ce dans le but d'optimiser un critère donné. La loi de gestion d'énergie se formalise donc par un problème de commande optimale dont le critère à minimiser tient compte de la consommation de carburant du véhicule sur un trajet donné. La solution de ce problème peut se calculer hors ligne lorsque toutes les données du trajet sont parfaitement connues à l'avance, hypothèse qui n'est plus admissible pour une stratégie embarquée sur véhicule dont l'objectif est alors de s'approcher au maximum du résultat optimal. Les travaux présentés dans ce manuscrit mettent en avant la commande optimale orientée multi-objectif pour répondre à la problématique du compromis inter-prestations au coeur du développement d'un véhicule de série. Une loi de gestion d'énergie tenant compte du compromis entre consommation et agrément de conduite, ainsi qu'une autre traitant le compromis entre consommation et vieillissement batterie sont proposées. Les stratégies présentées s'inscrivent également dans une approche modulaire tirée de la solution de nature transversale issue de l'Equivalent Consumption Minimization strategy (ECMS). Ainsi, la commande du véhicule hybride rechargeable, du Mild-Hybride, ainsi que d'architectures hybrides complexes disposant d'une transmission automatique, de deux machines électriques ou deux systèmes de stockage électriques, est ici traitée à travers un socle commun. Cette approche permet de réduire le temps de développement des stratégies qui partagent un maximum d'éléments communs.
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Ce sujet s'inscrit dans la continuité des activités de recherche du laboratoire GREAH sur les problématiques de la gestion optimale d'énergie électrique embarqué à bord des véhicules électriques hybrides. En effet, le couplage de plusieurs sources de natures différentes entraîne des problématiques de dimensionnement, de qualité d'énergie et de la durée de vie des éléments interconnectés. Pour les applications de transport par exemple, les principaux facteurs de ces problématiques reposent sur : - les fluctuations de la puissance demandée par la chaîne de propulsion/ traction, la durée de vie limitée des éléments de stockage d'énergie électrique, l'absence de profil de mission standard réaliste et la nécessité d'optimisation de la consommation énergétique du bord. La méthode adéquate pour l'étude des systèmes multi-sources passe par une approche systémique. Cette approche est nécessaire pour établir des modèles comportementaux des sources et des convertisseurs en vue de l'élaboration des stratégies de gestion optimale des flux énergétiques entre les organes. Le premier objectif de la thèse repose sur le développement des modèles de comportement des batteries et supercondensateurs soumis aux contraintes thermiques et électriques spécifiques aux applications de transport. Le second vise le développement de la stratégie de la gestion d'énergie prenant en compte de l'impact de la température et les fluctuations de puissance demandée par la chaîne de propulsion/ traction (charge).
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Pour lutter contre le changement climatique, la Commission européenne a fixé un objectif de réduction d'au moins 30 % des émissions de CO2 des véhicules commerciaux d'ici 2030 par rapport à une période de référence de 2019-2020. De plus, l'introduction de zones à faible émission et zéro-émission dans les grandes villes européennes, comme Paris en 2024, est prévue par les autorités locales afin de limiter ou d'interdire l'utilisation des moteurs à combustion interne dans le but d'améliorer la qualité de l'air. L'hybridation de la chaîne cinématique des véhicules et le développement de moteurs thermiques dédiés à ces applications semble donc s'imposer comme une solution adéquate afin de réduire significativement la consommation de carburant et les émissions de polluants. Cependant, le choix du dimensionnement des composants et de la stratégie de commande de ce type de véhicule peut s'avérer complexe pour répondre aux exigences de performance tout en limitant les coûts du système. En effet, la résolution de ce problème d'optimisation non-linéaire inclut de nombreuses variables continues et discrètes et nécessite l'utilisation d'outils fiables et performants. Dans cette thèse, nous proposons une méthode d'optimisation globale pour le dimensionnement et la commande optimale de véhicules électriques hybrides rechargeables basée sur l'optimisation combinatoire. Le problème couplé original de conception et de gestion de l'énergie de la chaîne cinématique est reformulé en une combinaison de sous-problèmes linéaires en nombre entiers qui sont résolus à l'aide d'un algorithme de type Branch and Bound. La prise en compte de nouvelles contraintes dans le problème d'optimisation sur les émissions de NOx, le nombre d'activation des différents actionneurs ou les zones zéro-émission permet d'améliorer les résultats obtenus. Par ailleurs, l'ajout de nouvelles variables de conception pour le moteur thermique et la batterie permettent de mieux définir les spécifications nécessaires au développement détaillé de ces composants dédiés aux véhicules hybrides. Le problème d'optimisation est évalué sur un cas d'usage moyen de livraison régionale à l'horizon 2030 et les résultats sont validés avec un outil de simulation métier. Enfin, une nouvelle approche analytique pour l'analyse de sensibilité est proposée pour étudier la sensibilité du coût total de possession du véhicule par rapport à la variation de certains paramètres comme les missions de transport ou le dimensionnement de la propulsion électrique avec un coût de calcul très faible.
Author: Julien Scordia
Author: Julien Scordia
Author: Marie-Cécile Pera
Author: Francois Beguin
Author: Alan Chauvin
Author: 
Author: Vincent Reinbold
Author: Rochdi Trigui
Author: Thomas Miro Padovani
Author: Ismail Oukkacha
Author: Xavier Huin