Thèse soutenue

Réseau sans-fil pour une gestion fiable de la batterie du véhicule électrique

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Auteur / Autrice : Guillaume Le gall
Direction : Nicolas Montavont
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Informatique
Date : Soutenance le 28/09/2021
Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Objets communicants pour l'Internet du futur - Département Systèmes Réseaux, Cybersécurité et Droit du numérique - Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes)
Jury : Président / Présidente : Olivier Barais
Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Montavont, Fabrice Théoleyre, Valeria Loscri, Xavier Vilajosana Guillén, Georgios Papadopoulos
Rapporteurs / Rapporteuses : Fabrice Théoleyre, Valeria Loscri

Résumé

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La batterie de traction du véhicule électrique est un composant clé. C’est aussi un système sensible dont la tension et la température des cellules qui le composent doivent être maintenues dans des plages de fonctionnement bien définies. Garantir cela est le rôle du Battery Management System (BMS). Le BMS est composé de sous-systèmes, appelés Cells Sensor Units (CSU), qui supervisent les cellules et rapportent leur état à un composant central, le Master Control Unit (MCU). Ils ont aussi pour tâche d’effectuer l’équilibrage des cellules, comme celles-ci n’ont pas exactement la même capacité, et du déséquilibre peut apparaître entre-elles au fur et à mesure de leur utilisation, quand elles sont câblées en série. Dans les implémentations de BMS actuelles, cette communication périodique est effectuée de manière filaire. Dans ce travail nous avons étudié la possibilité de remplacer ce réseau de communication par un réseau sans-fil, en utilisant les protocoles standardisés de l’Internet des Objets.Nous avons évalué les divers protocoles de communication disponibles, et avons choisi de baser nos travaux sur IEEE Std. 802.15.4-2015 Time Slotted Channel Hopping (TSCH). Tout d’abord, nous avons testé ce protocole à l’intérieur d’un pack batterie, au travers d’expériences, grâce à des nœuds sans-fil qui l’utilisent. Avec ceci, nous avons été capables de déterminer que la qualité des liens est élevée, que les émissions d’ondes électromagnétiques venant du moteur ne devraient pas impacter le réseau sans-fil, et que la plupart des problèmes qui peuvent surgir viennent des autres utilisateurs de la bande 2,4GHz, et du Wi-Fi en particulier. Nous avons ensuite cherché à déterminer quelles sont les stratégies de gestion de la topologie et d’ordonnancement des transmission qui sont les plus adaptées à un tel scénario. Nous avons proposé deux algorithmes pour une gestion centralisée du réseau, basés sur les techniques de Programmation Linéaire et Simple Descente, afin d’optimiser la topologie et la slotframe. De nombreux paramètres sont utilisés dans ce travail d’optimisation, alors nous avons testé nos algorithmes dans un grand nombre de scénarios, et utilisé les résultats pour déterminer quelles seraient les meilleurs valeurs pour ces paramètres. Aussi, nous avons proposé un protocole de routage, utilisant ces algorithmes de manière itérative, pour générer la meilleure topologie et slotframe possible, et qui permet de propager les décisions du gestionnaire de réseau centralisé aux nœuds. Ce protocole, largement inspiré de Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks (RPL), se base sur des messages périodiques et des événements asynchrones pour garder l’information détenue par les nœuds à jour, sur la base des décisions du gestionnaire de réseau. Enfin, nous avons testé cette solution avec un réseau d’objets dans un environnement véhiculaire.