Optimisation et gestion d'énergie pour un système hybride : association pile à combustible et supercondensateurs

par Hattab Maker

Thèse de doctorat en Automatique électronique de puissanceAutomatique électronique de puissance

Sous la direction de Hamid Gualous.

Soutenue en 2008

à Besançon en cotutelle avec l'Université de Technologie de Belfort-Montbéliard .

mots clés

• Commande par mode de glissement
• Supercondensateurs
• Automobiles électriques hybrides
• Énergie
• Piles à combustible
• Condensateurs électriques
• Commande, Théorie de la
• Propulsion électrique

Résumé

Ce mémoire de thèse est une contribution à la résolution du problème de l’optimisation de la gestion d’énergie dans un véhicule a pile a combustible. Ce véhicule est équipé d’une une pile de type PEMFC, utilisée comme source principale et un module de supercondensateurs comme source d’appoint de puissance. L’adaptation des niveaux de tension entre les sources et la charge dans le véhicule nécessite deux convertisseurs DC-DC, l’un de type Boost, l’autre Buck/Boost, permettant de maintenir constante la tension du bus continu et d’imposer la puissance ou le courant demandé par la charge. L’optimisation de la gestion d’énergie dans le véhicule a pour objectif d’établir une nouvelle loi de gestion d’énergie robuste et précise permettant d’améliorer les performances du véhicule en termes d’accélération et de longévité. Dans ce volet, la commande optimale sous contraintes a été adoptée. Elle a permis d’établir une gestion optimale de l’énergie provenant de la pile a combustible en tenant compte des contraintes subies par celle-ci. La commande par mode de glissement a été utilisée pour contrôler les convertisseurs DC-DC. Deux stratégies de cette commande ont été étudiées et réalisées expérimentalement : la première concerne une surface de glissement linéaire. La seconde utilise une surface de glissement munie d’une action intégrale. Ce travail a été clôturé par l’association des deux commandes pour contrôler les convertisseurs DC-DC pour forcer les deux sources du véhicule à suivre les trajectoires de référence fournies par la commande optimale. Les simulations ont permis de montrer la complémentarité entre ces deux commandes.

Titre traduit

Optimization and energy management for a hybrid system : association of fuel cell and supercapacitors

Résumé

This thesis deals with contribution to problem solving of power management in fuel cell vehicle. This vehicle is equipped with a fuel cell PEMFC, used as the main source and a supercapacitors module as an auxiliary source. The adaptation levels of the voltage between sources and load in the vehicle requires two DC-DC converters, the first is a Boost, the second is a Buck / Boost, to regulate the DC link voltage and to impose the power required by the load. With an aim of establishing an optimal control of the power management in fuel cell vehicle. It is to calculate the reference power of the supercapacitors which minimizes energy provided by the fuel cell, starting from the power demanded from the load (motorization and auxiliaries). This control law must take into account the constraints imposed on the system. These constraints relate to the limitation of the power of the fuel cell and its dynamic response. The power management in fuel cell vehicle allow to determine the reference supercapacitors pack current trajectory which is regulated by sliding mode control via the bidirectional DC-DC converter. The dc link voltage is regulated also by sliding mode control via the unidirectional DC-DC converter.