Optimisation du dimensionnement et la conception d'une chaine de traction (Batterie-Moteur) pour un véhicule électrique

Optimization of sizing and conception for an electric vehicle powertrain (Battery-Motor)

• Auteur / Autrice : Aissam Riad Meddour
• Direction : Nassim Rizoug, Chérif Larouci, Anthony Babin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 08/03/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ESTACA'Lab (Saint-Quentin-en-Yvelines, Yvelines)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : S2ET - Systèmes et Energie Embarqués pour les Transports
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l’ingénierie et des systèmes (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Claude Marchand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rochdi Trigui, Yacine Amara, Richard Burke, Achraf Jabeur Telmoudi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Rochdi Trigui, Yacine Amara

Mots clés

Mots clés contrôlés

Batteries lithium-ion

Automobiles -- Batteries

Moteurs électriques

Dimensions

Modélisation électromagnétique

Optimisation globale

Véhicules électriques

Mots clés libres

Modèle multi-Physique

Optimisation

Batterie

Moteur électrique

Multiphysical modeling

Optimization

Battery

Electric motor

Résumé

Dans une perspective de se détacher de la dépendance des énergies fossiles, plusieurs nations pousse l'adoption de l'électrification des moyens de transport afin de réduire la pollution par gaz à effets de serre dont le transport est tenu responsable de plus de 20% de la totalité des émissions de CO2. Dans ce contexte, plusieurs constructeurs automobiles, élargissent leurs catalogues de véhicules en y insérant de plus en plus de véhicules électriques afin de suivre les règlementations mises en place qui, par exemple visent à ne plus vendre de véhicules thermique dans l'union européenne à partir de 2035. Toutefois il n'est pas aussi simple de concurrencer les performances ainsi que les prix des véhicules thermiques déjà dans le marché. Ainsi, afin de détourner l'intérêt du client vers l'électrification du transport, il est primordial de se lancer dans une optimisation de la chaine de traction du véhicule. Dans ce contexte, les travaux menés lors de cette thèse, visent à modéliser la chaine de traction le plus fidèlement possible afin d'optimiser ses performances dans le but d'accroitre sa durée de vie tout en minimisant son cout de construction. Pour cela des modèles multi-physique du moteur et de la batterie ont été construit, afin de prendre en compte les différents comportement électrique et thermique qui peuvent influencer leurs performances et durée de vie. Les deux modèles multi-physiques ont été lié entre eux de façon à tenir compte des interactions qui ne peuvent pas être négligé dans cette étude. Et l'évaluation de leurs performances à l'aides des modèles empirique, éléments finis et analytique ont été analysés et introduit dans l'algorithme d'optimisation génétique qui aura pour but de varier les paramètres optimisables qu'on choisit afin de réduire le cout de la chaine de traction considéré tout en maximisant sa durée de vie afin de pouvoir concurrencer les véhicules thermiques proposées dans le marché.

In a perspective to get away from the dependence on fossil fuels, several nations are pushing the adoption of electrification of the means of transportation in order to reduce the pollution by greenhouse gases of which the transportation is held responsible for more than 20% of the total CO2 emissions. In this context, several car manufacturers are expanding their vehicle catalogs by inserting more and more electric vehicles in order to follow the regulations in place which, for example, aim to no longer sell thermal vehicles in the European Union from 2035. However, it is not so easy to compete with the performance and prices of combustion engine vehicles already on the market. Thus, in order to divert the customer's interest towards electrification of transport, it is essential to optimize the vehicle's powertrain. In this context, the work carried out during this thesis, aims at modeling the drive train as accurately as possible in order to optimize its performance in order to increase its life while minimizing its construction cost. For this purpose, multiphysics models of the motor and the battery have been built, in order to take into account, the different electrical and thermal behaviors that can influence their performance and lifetime. The two multiphysics models have been linked together in order to take into account the interactions that cannot be neglected in this study. And the evaluation of their performances with the help of empirical, finite element and analytical models have been analyzed and introduced in the genetic optimization algorithm that will aim to vary the optimizable parameters that are chosen in order to reduce the cost of the considered drive train while maximizing its lifetime in order to be able to compete with thermal vehicles proposed in the market.