Design et contrôle d'un véhicule électrique hybride pour une utilisation urbaine efficace.

Design and control of hybrid electric vehicle for efficient urban use.

• Auteur / Autrice : Mehroze Iqbal
• Direction : Mohamed Badreddine Becherif, Haitham Saad Mohamed Ramadan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 09/09/2022
• 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 : Etablissement de préparation : Université de technologie de Belfort-Montbéliard (1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Mickaël Hilairet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Badreddine Becherif, Haitham Saad Mohamed Ramadan, Emmanuel Godoy, Olivier Géhan, Abdelouahab Aitouche, Amel Benmouna, Mohamed Benchouia
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Emmanuel Godoy, Olivier Géhan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gestion

Énergie

Véhicules électriques hybrides

Piles à combustible

Mots clés libres

Dimensionnement

Contrôle

Gestion de l'énergie

Hybride

Pile à combustible

Conduite urbaine

Sizing

Control

Energy Managment

Hybrid

Fuel cell

Urban driving

Résumé

L'objectif de cette thèse est de développer un cadre original et générique pour synergiser les aspects de design et de contrôle afin d'améliorer les perspectives des véhicules électriques hybrides (HEVs). L'application est spécifiquement illustrée pour la variante à pile à combustible des HEV (FCHEV). Une attention particulière est réservée aux environnements urbains en raison de leur nature intermittente, qui peut avoir un impact négatif sur les performances du véhicule.Du point de vue du design, des paramètres spécifiques du véhicule sont utilisés pour dimensionner les composants FCHEV. En conséquence, une configuration de base est offerte, qui devrait assurer des performances stables, mais au détriment de sources surdimensionnées. Pour remédier à cette situation, un nouveau concept de coefficients de design flexibles est introduit afin d'attribuer une gamme de dimensionnement acceptable aux sources. Ensuite, les coefficients sont utilisés pour coordonner systématiquement la procédure de dimensionnement avec le système de gestion de l'énergie en ligne (OEMS).Du côté du contrôle, la méthode de séparation des fréquences (FSM) est proposée comme un OEMS potentiel, en raison de sa flexibilité de réalisation en ligne. The applicability of a novel adaptive variant of FSM is explored. L'OEMS proposé est adapté à une performance cohérente, avec une attention réciproque à la consommation d'hydrogène et à la dégradation des sources. Pour cela, un concept de coût rationalisé et d'optimiseur en ligne basé sur l'horizon de recherche est proposé pour obtenir un compromis judicieux entre les principaux objectifs d'optimisation.L'approche proposée est validée conceptuellement dans les simulations numériques réalisées sous MATLAB/Simulink. Plusieurs cycles de fonctionnement hypothétiques et un cycle avec des données de fonctionnement réelles sont étudiés en détail. L'applicabilité en temps réel de l'OEMS proposé est également validée par un banc d'essai expérimental avec un système électrique hybride à petite échelle.

This dissertation aims to develop an original and generic framework to synergize the design and control aspects in order to improve the prospects of hybrid electric vehicles (HEVs). The application is specifically depicted for the fuel cell variant of HEV (FCHEV). Special attention is given to urban environments because of their intermittent nature, which can have a negative impact on vehicle performance.On the design side, specific vehicle parameters are utilized to size FCHEV powertrain components. Consequently, a unique baseline configuration is furnished, which is expected to provide consistent performance, but at the price of oversized sources. To overcome this, a novel concept of flexible design coefficients is introduced to assign an acceptable sizing range to sources. Then, the introduced coefficients are used to systematically coordinate sizing procedure with online energy management system (OEMS) of FCHEV.At the control side, rules-based frequency separation method (FSM) is used as the standard OEMS, owing to its flexible online implementation. The applicability of a novel adaptive variant of FSM is explored. The proposed OEMS is tailored for consistent performance, with reciprocal awareness towards hydrogen consumption and sources degradation. For that, a concept of rationalized-cost and search-horizon based online optimizer is introduced to reach an insightful trade-off among the key optimization objectives.The proposed coordinated approach is conceptual validated in the numerical simulations realized under MATLAB/Simulink. Several hypothetical driving cycles and a cycle with real driving data is extensively studied. The real-time applicability of proposed OEMS is also validated by an experimental test-bench with small-scale hybrid power system.