Modélisation multi-physique et gestion intelligente de l'énergie d'un système de stockage hybride de type batterie li-ion/supercondensateur pour des applications de véhicules électriques

Multiphysics modeling and intelligent energy management of a lithium-ion battery/supercapacitor hybrid source for electric vehicles applications

• Auteur / Autrice : Yasser Ghoulam
• Direction : Christophe Lallement
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique, microelectronique, photonique
• Date : Soutenance le 03/05/2023
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Hamid Gualous
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tedjani Mesbahi, Morgan Madec
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Kouider Nacer M'Sirdi, Daniela Chrenko

Mots clés

Mots clés contrôlés

Véhicules électriques

Supercondensateurs

Batteries lithium-ion

Mots clés libres

Batterie lithium-ion

Supercondensateur

Vieillissement

SGE

Commande fréquentielle

Lithium-ion battery

Supercapacitor

Calendar aging

Cyclic aging

Energy ManagementStrategy

Frequency control

Résumé

La source hybride composée des batteries lithium-ion (LiB) et des supercondensateurs (SC) estprometteuse dans le contexte des véhicules électriques (VE) pour minimiser le vieillissement desbatteries. Pour ce faire, cette étude fournit des modèles multiphysiques dynamiques, de la batterieet des SC, développés dans Matlab/Simulink. En outre, une stratégie de gestion d’énergie (SGE)basée sur le partage fréquentiel des puissances (filtre passe-bas de fréquence de coupure fc) estappliquée. Cette dernière permet d’adapter la fréquence fc du filtre à partir de l’état de chargedes supercondensateurs (SOCsc). Chacun des modèles proposés de la source hybride a été évaluéséparément avant d’être fusionné dans le modèle du système hybride de stockage d’énergie (SSEH).Lorsque les résultats de la simulation ont été comparés aux données du banc d’essai, les modèlesproposés ont été validés avec une imprécision moyenne d’environ 5% pour les SC et de 2.5% pour lemodèle de batterie. En outre, les résultats ont mis en évidence le potentiel d’adaptation en fréquencede la technique de gestion de la puissance, qui permet une meilleure répartition de la puissance entreles deux sources. Cette dernière s’ajuste en fonction du SOCsc, améliorant ainsi la durée de vie de labatterie.

The mixing of lithium-ion batteries (LIB) and Supercapacitors (SCs) is promising in the context ofelectric vehicles (EV) to minimize battery aging. This study presents a power management strategy(EMS) based on the frequency method (i.e., low-pass filter) using an approach that allows adaptivecut-off frequency of the filter from the state of charge (SoC) of the SCs. In addition to the EMS,this study provides a dynamic model of the battery and SCs developed in Matlab/Simulink. Each ofthe two proposed models was evaluated separately before being merged into the model of the hybridenergy storage system (HESS). When the simulation results were compared to the test bench data,the suggested models were validated with an average inaccuracy of roughly 5% for the SCs and 2.5%for the battery model. Furthermore, the results highlighted the potential of frequency adaptationof the power management technique, which allows for better power distribution between the twosources. This latter adjusts itself based on the SoC of the SCs, thus improving battery’s lifetime.