Approche pour un système global de gestion de l'énergie basé sur les itinéraires pour les véhicules électriques avec un système de stockage d'énergie hybride

Approach for a Global Route-Based Energy Management System forElectric Vehicles with a Hybrid Energy Storage System

• Auteur / Autrice : Duy Tuyen Nguyen
• Direction : Daniela Chrenko, Reiner Kriesten
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 27/11/2023
• 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)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de technologie de Belfort-Montbéliard
• Jury : Président / Présidente : Guillaume Colin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniela Chrenko, Reiner Kriesten, Stéphane Caux, Thilo Sauter, Tedjani Mesbahi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Caux, Thilo Sauter

Mots clés

Mots clés contrôlés

Véhicules électriques hybrides

Énergie -- Stockage

Gestion

Énergie

Supercondensateurs

Mots clés libres

Gestion de l'énergie

Super condensateur

Efficacité de la batterie

Basé sur la route

Energy Management

Supercapacitor

Battery Efficiency

Route based

Résumé

La recherche et le développement dans le domaine des voitures électriques ont commencé à mettre l'accent sur l'utilisation de batteries et de supercondensateurs. Un système combinant batteries et supercondensateurs peut s'avérer avantageux en raison des avantages complémentaires offerts par les deux systèmes, notamment une densité d'énergie et une densité de puissance élevées. Un système intelligent de gestion de l'énergie, également appelé EMS, est nécessaire pour exploiter pleinement les capacités offertes par un système de stockage d'énergie hybride (HESS). Le système de gestion électrique (EMS) est chargé de diriger le flux d'énergie électrique entre la batterie et le supercondensateur afin de garantir que l'énergie nécessaire peut être correctement distribuée à tout moment (aujourd'hui et à l'avenir). Cette fonction garantit que la puissance nécessaire peut être distribuée de manière optimale. Pour atteindre cet objectif, le système de gestion de l'énergie utilise des informations sur l'itinéraire de conduite, puis, sur la base de ces informations, il doit calculer une stratégie globale pour la distribution continue de l'énergie. La distribution régulée de l'énergie doit se faire en temps réel et être résistante aux incohérences, de sorte que l'imprévisibilité ou le manque de fiabilité dans la prédiction des événements à venir n'ait pas d'incidence grave sur le fonctionnement. Pour mettre cette idée en pratique, un système de distribution d'énergie basé sur des règles et un système de gestion prédictive de l'énergie sont mis en œuvre. Dans ce cas, la gestion de l'énergie est couplée au calcul d'une approche fondée sur des règles basées sur des données relatives à l'itinéraire à suivre, ainsi qu'à une optimisation globale dans le but de produire une stratégie spécifique à l'itinéraire. La performance du contrôle de la puissance peut être optimisée de manière à maximiser, par exemple, l'augmentation de l'efficacité énergétique ou la durée de vie de la batterie. Grâce à la séparation des fonctions, le contrôle continu de la puissance peut fonctionner en temps réel, tandis que les calculs de la stratégie de gestion de la puissance peuvent prendre plus de temps de calcul et, par conséquent, ne doivent pas être effectués en temps réel. Cela permet au contrôle continu de la puissance de fonctionner comme prévu.Dans une étape suivante, l'approche présentée a été reprise et étendue par une discrétisation de l'itinéraire. L'objectif est de segmenter l'itinéraire à parcourir en sections correspondantes en tenant compte des conditions en termes de besoins en énergie et de générer une stratégie d'exploitation qui prend en compte les différents besoins des sections individuelles de l'itinéraire sous la forme de stratégies de section, de sorte qu'une amélioration de l'efficacité peut être obtenue par rapport au système de gestion de l'énergie précédent.Les résultats indiquent qu'il est possible d'obtenir un impact considérable sur l'efficacité énergétique et/ou la durée de vie de la batterie en utilisant le système de gestion de l'énergie proposé.

Both research and development in the area of electric cars have started putting a greater focus on the use of batteries and supercapacitors. A combined battery and supercapacitor system has the potential to be advantageous as a result of the complimentary benefits that are offered by the two systems, which include high energy density and high power density. An intelligent energy management system, also referred to as an EMS, is required in order to make full use of the capabilities offered by a hybrid energy storage system (HESS). The Electrical Management System (EMS) is in charge of directing the flow of electrical power between the battery and the supercapacitor in order to ensure that the necessary power can be properly distributed at all times (both currently and in the future). This function ensures that the needed power can be optimally distributed. In order to achieve this goal, the energy management system makes use of information on the driving route, then, on the basis of this information, it ought to calculate a global strategy for the continuous distribution of power. The regulated distribution of energy should take place in real time and be resistant to inconsistencies, so that unpredictability or unreliability in the prediction of upcoming events does not severely impact the functioning. In order to put the idea into practice, a rule-based power distribution and a predictive energy management system are both put in work. In this case, energy management is coupled with the calculation of a rule-based approach based on data about the route that is to be driven alongside with a global optimization for the objective of producing a route-specific strategy. The performance of the power control may be optimized in such a way that it maximizes, for example, the increase in energy efficiency or the lifespan of the battery. Because of the separation of functions, the continuous power control is able to operate in real time, while the calculations of the power management strategy can take more computing time and, as a result, do not have to be carried out in real time. This frees up the continuous power control to work as intended.In a next step, the presented approach was taken and extended by a route discretization. The objective is to segment the route to be driven into corresponding sections considering the condition in terms of power requirements and to generate an operating strategy that takes into account the different requirements of the individual route sections in the form of section strategies, so that an improvement in efficiency can be achieved compared to the previous energy management system.The findings indicate that a considerable impact on the energy efficiency and/or battery lifespan can be obtained by using the proposed EMS.