Modélisation systémique pour la conception de véhicules électriques multi-sources PDF Download
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Author: Philippe Chapoulie Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 204
Book Description
Le travail présenté dans ce mémoire porte sur la conception de la chaîne de propulsion du véhicule électrique. Un état de l'art des architectures montre que le véhicule est un système complexe au sens de la systémique, organisé en fonction des missions à remplir dans son environnement et associant des éléments hétérogènes en interaction. Une modélisation systémique permet de développer un simulateur modulaire prenant en compte les interactions internes et externes au système véhicule électrique et ses missions, implanté dans le logiciel SABER. Il permet de mettre en oeuvre plusieurs niveaux de finesse de représentation des composants, en fonction des objectifs d'exploitation du modèle, et de réaliser une expérimentation simulée de la solution projetée dans son environnement pour en évaluer et améliorer les performances. Sur cette base est menée une analyse du véhicule électrique associé à ses missions. Une méthodologie de conception est proposée, permettant d'extraire les grandeurs dimensionnantes des composants. Le dimensionnement du groupe moto-propulseur à moteur asynchrone, basé sur une procédure de caractérisation thermique simplifiée et électromagnétique par calcul de champ, est illustré. Puis la méthode et les outils sont exploités pour la conception de la gestion d'énergie à bord d'un véhicule équipé d'accumulateurs électrochimiques et de condensateurs. Deux stratégies de gestion sont proposées et comparées grâce au simulateur et les avantages d'un filtrage actif du courant dans la batterie sont dégagés. Enfin est traitée la conception globale d'un véhicule de course solaire, équipé d'un générateur photovoltaïque, au cahier des charges extrême en raison de la faible puissance. La problématique de conception du véhicule est analysée, mettant en évidence le fort couplage entre l'aérodynamique et l'architecture électrique ; particulièrement celle du générateur photovoltaïque. L'ingénierie du générateur réalisé pour un véhicule opérationnel est détaillée, et des stratégies de gestion de l'énergie sont étudiées au moyen du simulateur de véhicule solaire développé sous SABER afin de maximiser les performances.
Author: Philippe Chapoulie Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 204
Book Description
Le travail présenté dans ce mémoire porte sur la conception de la chaîne de propulsion du véhicule électrique. Un état de l'art des architectures montre que le véhicule est un système complexe au sens de la systémique, organisé en fonction des missions à remplir dans son environnement et associant des éléments hétérogènes en interaction. Une modélisation systémique permet de développer un simulateur modulaire prenant en compte les interactions internes et externes au système véhicule électrique et ses missions, implanté dans le logiciel SABER. Il permet de mettre en oeuvre plusieurs niveaux de finesse de représentation des composants, en fonction des objectifs d'exploitation du modèle, et de réaliser une expérimentation simulée de la solution projetée dans son environnement pour en évaluer et améliorer les performances. Sur cette base est menée une analyse du véhicule électrique associé à ses missions. Une méthodologie de conception est proposée, permettant d'extraire les grandeurs dimensionnantes des composants. Le dimensionnement du groupe moto-propulseur à moteur asynchrone, basé sur une procédure de caractérisation thermique simplifiée et électromagnétique par calcul de champ, est illustré. Puis la méthode et les outils sont exploités pour la conception de la gestion d'énergie à bord d'un véhicule équipé d'accumulateurs électrochimiques et de condensateurs. Deux stratégies de gestion sont proposées et comparées grâce au simulateur et les avantages d'un filtrage actif du courant dans la batterie sont dégagés. Enfin est traitée la conception globale d'un véhicule de course solaire, équipé d'un générateur photovoltaïque, au cahier des charges extrême en raison de la faible puissance. La problématique de conception du véhicule est analysée, mettant en évidence le fort couplage entre l'aérodynamique et l'architecture électrique ; particulièrement celle du générateur photovoltaïque. L'ingénierie du générateur réalisé pour un véhicule opérationnel est détaillée, et des stratégies de gestion de l'énergie sont étudiées au moyen du simulateur de véhicule solaire développé sous SABER afin de maximiser les performances.
Author: Marie-Cécile Pera Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 1118576926 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 251
Book Description
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: ROBOAM Xavier Publisher: Lavoisier ISBN: 2746281929 Category : Languages : en Pages : 434
Book Description
Le contexte actuel mène les concepteurs vers des systèmes toujours plus complexes et performants, intégrant un grand nombre d’éléments souvent fortement couplés et appartenant à divers champs de la physique énergétique. Après une présentation de l’approche systémique de conception, ce premier volume rassemble les points-clés permettant de modéliser et de caractériser efficacement des systèmes multiphysiques (formalismes graphiques, Bond Graphs, GIC/REM), d’analyser la qualité et la stabilité des réseaux et de contribuer à la robustesse en conception intégrée. La gestion de l’énergie des systèmes énergétiques hybrides incluant du stockage est également largement détaillée et différentes méthodes statistiques permettant de dimensionner les réseaux ou de caractériser leur sûreté de fonctionnement sont proposées (par exemple, la méthode de Monte-Carlo). Les techniques d’analyse, de synthèse et de gestion présentées dans cet ouvrage participent à l’optimisation des systèmes énergétiques. Elles sont complétées par des approches spécifiquement orientées vers la conception par optimisation, objets du second volume.
Author: Ahmed Boucherit Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
L'utilisation des plusieurs sources d'énergies de caractéristiques différentes, à bord du véhicule électrique VE) nécessite l'adoption de convertisseurs statiques. Ces derniers peuvent avoir la fonction de conditionneur 'énergie des différentes sources et/ou commander les machines électriques du véhicule.Généralement les VE disposent d'un bus continu « de quelques centaines de volts » dont la stabilité est assurée par un groupe de convertisseurs élévateurs de tension (du fait que les sources ont généralement un niveau de tension faible ; quelques dizaines de volts). Lors des démarrages/arrêts très fréquents du VE en mode urbain, les sources pourraient alimenter directement le moteur de traction sans avoir recours aux convertisseurs élévateurs de tension. Afin d'exploiter cette fonctionnalité, nous proposons d'explorer une deuxième architecture de convertisseur basée sur l'adoption d'un niveau de tension variable du bus continu. Dans cette approche, la tension minimale de ce dernier est fixée en fonction des niveaux de tensions disponibles du côté des sources et de la vitesse requise (niveau des f.é.m du moteur de traction). Ainsi, le rapport variable d'élévation de la tension est minimal à faible vitesse du véhicule en mode urbain et il est maximal à grande vitesse, en modes route et autoroute. Ceci apportera une amélioration du rendement énergétique de l'ensemble sources-moteurs notamment en mode urbain. Par ailleurs, l'utilisation grand public de ces véhicules exige des contraintes maximales de disponibilité (continuité de service) des fonctions principales notamment l'alimentation embarquée. A travers le travail de cette thèse nous proposons une nouvelle topologie du convertisseur de puissance entre les sources (une Pile à combustibles associée à un pack de super-condensateurs) et les charges (moteur de traction et réseau de bord alimentant les auxiliaires du véhicule). Ce convertisseur adopte une tension variable du bus continu et une redondance de l'alimentation du moteur de traction. Après la présentation du convertisseur proposé et son positionnement par rapport à la littérature, une analyse du fonctionnement et la modélisation de sa partie DC-DC est détaillée notamment à travers des résultats de simulation de ses différents modes. A ce titre un programme de simulation fine (à l'échelle des impulsions de commande) du système entier a été développé. Dans un deuxième temps, la commande automatique et rapprochée des interrupteurs de puissance a été développée en se basant respectivement sur la méthode de contrôle par petits signaux et la commande hystérésis de courant, triangulaire-rapport cyclique et triangulaire-sinus. Les résultats de simulation des fonctionnalités principales attendues mettent en évidence la faisabilité de l'architecture du convertisseur de puissance proposée. Enfin, une maquette expérimentale à échelle réduite a été développée dans le but de valider l'étude théorique. Les premiers tests expérimentaux de la partie DC-DC du convertisseur donnent des résultats satisfaisant et valident ainsi le processus de conception. Le travail futur sera la réalisation d'une maquette à échelle 1 dans laquelle la conception du refroidisseur sera intégrée en amont de la réalisation du plan de masse dudit convertisseur. Nous pensons que cela permettra une meilleure optimisation de l'espace à bord du véhicule et améliorera le rendement énergétique de la chaine de traction.
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Depuis une vingtaine d'années, de nombreux industriels ainsi que des laboratoires de recherche ont entrepris des projets sur la pile à combustible. Bien qu'elle soit encore marginale dans le paysage énergétique français, elle suscite de vastes espoirs notamment dans le domaine automobile. Dans le cadre d'un projet de plate-forme multi-sources, mené par le laboratoire LSIS - CER Arts et Métiers, une étude sur l'impact économique des piles à combustibles a permis de montrer l'intérêt de cette technologie mais aussi les faiblesses rencontrées sur la technologie des membranes échangeuses de protons (PEMFC). Dans la perspective de monter une plate-forme expérimentale, une modélisation du groupe motopropulseur permet de simuler le comportement de la charge vue de la plate-forme, en utilisant une approche systémique grâce à la Représentation Energétique Macroscopique (REM). Une transposition sur un système de simulation dit hardware In the Loop est réalisé au travers d'un couplage de deux moteurs à courant continu.
Author: Ali Castaings Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
Les véhicules routiers sont à une étape majeure de leur histoire. Face aux enjeux actuels d'ordre économiques et environnementaux, le véhicule routier du futur se doit d'être le moins énergivore et avoir une empreinte environnementale la plus réduite possible. Les véhicules multi sources représentent des solutions intéressantes afin de répondre à ces préoccupations. Cependant, ces véhicules utilisent des systèmes de propulsion particulièrement complexes tant au niveau de leur architecture que de leur commande. En particulier, la gestion des différentes sources d'énergie représente un point clé pour l'efficacité énergétique et environnementale des véhicules à concevoir. Elle devient un réel challenge dès que l'on dépasse le nombre usuel de deux sources comme dans le cas des véhicules hybrides actuels et des véhicules électriques mixtes (batterie et supercondensateurs). L'objectif des travaux relatifs à cette thèse est de proposer une méthodologie structurée pour la synthèse de la gestion d'énergie en temps réel, de véhicules multi-sources électriques ou hybrides. Cette démarche s'appuie sur une approche systémique utilisant la modélisation et la Représentation Energétique Macroscopique (REM) en tant qu'outil d'aide à la synthèse des modèles et de la commande associée. Une démarche systématique pour la synthèse des stratégies basées sur la commande optimale a été ensuite associée à cet ensemble profitant de la REM comme outil structurant. En effet, la REM respectant la causalité « physique » (causalité intégrale) d'une part, et permettant d'effectuer une distinction claire entre la commande dite « locale » et le niveau « stratégie » d'autre part, la formulation du problème de commande optimale est réalisée de manière efficace et structurée. Ainsi, en partant du cas du véhicule électrique avec un système multi-source batterie/supercondensateurs déjà étudiée dans la littérature, la méthode a été appliquée pour la synthèse d'une loi de gestion d'énergie basée sur la commande optimale. Ensuite, des sources ont été rajoutées pour passer au cas de trois sources en incluant une Pile à combustible puis quatre sources en rajoutant un groupe électrogène. Les principes développés sont validés par simulation et par l'intermédiaire de tests expérimentaux, afin de s'assurer entre autres, de la faisabilité en temps réel des stratégies développées.
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LA DEMARCHE DEVELOPPEE CONSISTE A ELABORER ET A EXPLOITER UN OUTIL DE SIMULATION PERMETTANT D'ANALYSER LE COMPORTEMENT DU VEHICULE ELECTRIQUE A L'ECHELLE DU SYSTEME QU'IL CONSTITUE. LE SIMULATEUR ELABORE INTEGRE LES CARACTERISTIQUES DYNAMIQUES DU VEHICULE, LE COMPORTEMENT ELECTROMECANIQUE DU GROUPE MOTO-PROPULSEUR ASSOCIE A SON CONVERTISSEUR D'ALIMENTATION ET LES PERFORMANCES DE L'ACCUMULATEUR ELECTROCHIMIQUE. APRES AVOIR EXAMINE LES ENJEUX DE LA TRACTION ELECTRIQUE AUTOMOBILE, UNE ANALYSE DES TECHNOLOGIES REPONDANT PLUS PARTICULIEREMENT AU CAS DU VEHICULE ELECTRIQUE URBAIN, EST PROPOSEE. LES DIFFERENTS SOUS-ENSEMBLES DU SYSTEME SONT ENSUITE MODELISES, EN ATTACHANT UNE IMPORTANCE TOUTE PARTICULIERE A LA CARACTERISATION DE LEUR COMPORTEMENT ENERGETIQUE. LES MODELES SONT ALORS ASSOCIES AU SEIN D'UN MEME ENVIRONNEMENT DE SIMULATION GRACE A L'UTILISATION DE C.A.O. SYSTEME EASY 5X. LE SIMULATEUR SYSTEME DEVELOPPE, EVSYS (ELECTRIC VEHICLE SYSTEM SIMULATOR) EST VALIDE, EN CONFRONTANT LES RESULTATS OBTENUS PAR SIMULATION, SUR DEUX VEHICULES DE REFERENCE AVEC LES PERFORMANCES DONNEES PAR LE CONSTRUCTEUR. LE SIMULATEUR EST, DANS UN PREMIER TEMPS, EXPLOITE EN TANT QU'OUTIL D'ASSISTANCE A LA CONCEPTION POUR ANALYSER LES CONTRAINTES SUR LES COMPOSANTS DU VEHICULE (ACCUMULATEUR, MOTEUR, CONVERTISSEUR, REDUCTEUR), POUR COMPARER LES DIFFERENTES SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES ENVISAGEABLES (ACCUMULATEUR PLOMB-ACIDE OU NICKEL-CADMIUM, MOTORISATION COURANT CONTINU, ASYNCHRONE OU SYNCHRONE) ET ENFIN POUR OPTIMISER LE DIMENSIONNEMENT INTERACTIF DES COMPOSANTS. MAIS L'INTERET DU SIMULATEUR DEPASSE LE CADRE INITIAL DU DIMENSIONNEMENT DES ELEMENTS DU VEHICULE. L'OUTIL DEVELOPPE EST AINSI UTILISE POUR OPTIMISER LES STRATEGIES DE CONTROLE DE LA MOTORISATION. DIFFERENTS MODES DE GESTION DU FLUX RELATIFS AUX TROIS TYPES DE MOTORISATION ETUDIEES SONT PROPOSES ET EVALUES EN VUE NOTAMMENT DE MAXIMISER LES PERFORMANCES GLOBALES DU VEHICULE, EN TERME D'AUTONOMIE
Book Description
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.
Book Description
La crise du pétrole et les contraintes écologiques obligent de nombreux constructeurs automobiles à développer des programmes de recherche importants dans le développement des véhicules électriques et hybrides électriques. Dans ce contexte, le travail décrit dans ce livre a pour but de vérifier la faisabilité d'une chaine de traction hybride innovante. Pour ce faire, le travail décrit dans ce livre a donc porté sur le dimensionnement des sources énergétiques en se focalisant sur les supercondensateurs, la modélisation énergétique et fonctionnelle du véhicule et enfin la réalisation et la caractérisation expérimentale du véhicule. Les différents fonctionnements thermiques, électriques et hybrides sont testés lors de vrais essais de roulage. Le travail présenté dans ce livre a abouti à la réalisation d'un véhicule hybride. Les approches de dimensionnement des sources et de modélisation sont ainsi validées, tout en faisant également la preuve de la faisabilité d'une chaine cinématique hybride électrique avec couplage par la route.
Author: Philippe Chapoulie
Author: Philippe Chapoulie
Author: Marie-Cécile Pera
Author: ROBOAM Xavier
Author: Ahmed Boucherit
Author: Raphaël Roy
Author: Sébastien Legand
Author: Ali Castaings
Author: Claude-Éric Barbier
Author: Rochdi Trigui
Author: LOUKAKOU BOUNZEKI DESTINY.