Gestion d'énergie optimisée pour véhicule hybride série

Optimized Energy Management for Serial Hybrid Vehicles

• Auteur / Autrice : Sébastien Rouquet
• Direction : Malek Ghanes, Yuri Shtessel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 05/07/2021
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Maurice Fadel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Malek Ghanes, Yuri Shtessel, Maurice Fadel, Olivier Géhan, Xuefang Lin-Shi, Jean-Pierre Barbot, Rosane Ushirobira, Ludovic Merienne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Géhan, Xuefang Lin-Shi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moteurs à aimants permanents

Moteurs à combustion interne

Véhicules électriques hybrides

Mots clés libres

Véhicule hybride série

Gestion d’énergie

Moteur synchrone à aimants permanents

Moteur à combustion interne

Perturbation singulière

Serial hybrid electric vehicle (HEV, PHEV)

Energy management

Permanent magnet synchronous machine

Internal combustion engine

Singular perturbation approach

Résumé

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la Chaire entre Renault et Centrale Nantes pour l’amélioration des performances des véhicules hybrides et électriques. La thèse est dédiée au développement de stratégies de contrôle pour un véhicule hybride série sans la batterie principale. En mode hybride série, le moteur à combustion interne est couplé à un générateur électrique pour produire la puissance utilisée par un deuxième moteur électrique pour propulser le véhicule. En l’absence de la batterie principale, le groupe motopropulseur possède deux petits tampons d’énergie, ce qui rend le système sensible à des faibles perturbations. De plus, le système a la particularité d’avoir trois échelles de temps différents, ce qui a conduit à plusieurs partitionnements des lois de commande. Ce partitionnement a été fait afin de maintenir le niveau de chaque tampon d’énergie, repousser les perturbations et améliorer le fonctionne ment du groupe motopropulseur. Après avoir sélectionné une stratégie, les interrogations scientifiques ont porté sur la compréhension du couplage entre chaque échelle de temps et la stabilité du système. L’interaction entre les étages de contrôle a été étudiée avec l’approche des perturbations singulières et améliorée avec des observateurs. Les algorithmes et stratégies développés ont été testés en simulation et sur banc d’essai. Les résultats obtenus ont mis en évidence la faisabilité et les avantages des stratégies proposées dans la thèse.

This thesis is a part of the project Chair between Renault and Centrale Nantes for the improvement of EV/HEV propulsion performances. It is dedicated to proposed con trol strategies for a serial hybrid vehicle without the main battery. In the serial hybrid mode, the internal combustion engine is coupled with an electrical generator to produce power used by a second electric motor to propel the vehicle. In the absence of the main battery, the powertrain has small energy buffer, making the sys tem sensitive to small disturbance. Moreover, the system presents the particularity of having three different time scales. The three time scales have been driving the control design to propose different strategies for partitioning the control in sub stage, maintaining the level of the energy storage, asses the perturbation and improves the operation of the powertrain. After proposing different strategies, the scientific interrogations have been the understanding of the coupling between each time scale and the stability of the overall system. The interaction of the control stage has been studied with the singular perturbation approach and improved with the observation method. The algorithms and strategies developed have been tested in simulation and on a test bench. The results obtained have highlighted the feasibility and the benefits of the strategies proposed in the thesis.