Optimisation et gestion d'énergie d'un système hybride électrique embarqué

Optimization and energy management of an electric hybrid embedded system

• Auteur / Autrice : Pierre Saenger
• Direction : Raphaël Couturier, Marie-Cécile Péra, Karine Deschinkel, Frédéric Gustin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 29/11/2017
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : Site de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Bernard Davat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raphaël Couturier, Marie-Cécile Péra, Karine Deschinkel, Frédéric Gustin, Bernard Davat, Rachid Outbib, Xavier Roboam, David Defour
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Rachid Outbib, Xavier Roboam

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie -- Stockage

Batteries

Véhicules électriques hybrides

Aéronefs

Mots clés libres

Optimisation

Hybride

Énergie

Informatique

Optimization

Hybrid

Energy

Computing

Résumé

Les aéronefs « plus électriques » permettent de réduire la masse à embarquer, les émissions de gaz à effet de serre et la consommation de carburant. Leur développement nécessite d'adapter leur architecture électrique et leur capacité de production et de stockage d'énergie.Les systèmes de production et de stockage doivent être bien dimensionnés pour correspondre aux besoins énergétiques du véhicule. Une hybridation électrique entre un pack constitué de batteries lithium-ion et un pack de supercondensateurs peuvent répondre, respectivement, aux demandes en énergie et en puissance de la charge.Différentes architectures électriques permettant cette hybridation sont prises en compte. Ce travail de recherche traite du dimensionnement optimal de ces systèmes de stockage à bord d’un hélicoptère.Dans cette application particulière, la masse globale de l'ensemble du système de stockage doit être minimisé. Un outil de dimensionnement optimal est développé pour atteindre cet objectif en agissant sur la fréquence de coupure d’un filtre passe-bas. A partir du profil de mission le plus contraignant en énergie et en puissance demandées, cette approche fréquentielle permet la répartition de la demande de puissance entre nos deux systèmes de stockage et, donc, leur caractérisation.Les résultats d'optimisation obtenus par architecture électrique avec la méthode du recuit simulée, sont présentés et évalués dans toute la gamme de températures. Egalement, une adaptation de la stratégie de gestion de l'énergie est présentée pour tenir compte de l'influence de la température sur les performances de la batterie.

The ''more electric'' aircrafts reduce the embedded weight, greenhouse gas emissions and fuel consumption. Their development requires to adapt their electrical architecture and their energy production and storage capacity.Production and storage systems must be well dimensioned to match thevehicle energy requirements. An electric hybridization integrating alithium-ion battery pack and a supercapacitor pack can respectively respond to the energy and power demands of the load.Different electrical hybridization architectures will be studied. This research project deals with the optimal designs of these storage systems on board a helicopter.In this particular application, the overall mass of the entire storagetank system must be minimized. An optimal sizing tool is developed toachieve this objective by acting on the cut-off frequency of alow-pass filter. This frequency approach, based on the most demanding mission profile in terms of energy and power, allows the allocation of power demand between our two storage systems and, therefore, their characterization.Optimization results obtained by electrical architecture using thesimulated annealing method are presented and evaluated over the entiretemperature range. An adaptation of the energy managementstrategy is also presented to evaluate the influence of temperature on battery performance.