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Article

1 - VÉHICULES ÉLECTRIQUES HYBRIDES : CONTEXTE, ARCHITECTURE ET TAUX D’HYBRIDATION

2 - MODÉLISATION ET COMMANDE DE VÉHICULE ÉLECTRIQUE HYBRIDE

3 - GESTION D’ÉNERGIE DES VEH

4 - CONCLUSION

5 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : TRP1105 v1

Conclusion
Modélisation et gestion d’énergie des véhicules électriques hybrides

Auteur(s) : Rochdi TRIGUI, Alain BOUSCAYROL

Date de publication : 10 févr. 2023

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RÉSUMÉ

Les transports routiers utilisant l’énergie fossile sont responsables d’une partie des émissions de gaz à effet de serre. Le véhicule hybride représente une solution à court et moyen terme pour diminuer ces émissions. En revanche, la complexité de leur constitution (multiplicité des sources et des conversions d’énergie) requiert une approche systémique pour les optimiser. Dans cet article les différents types de véhicules hybrides sont d’abord présentés. L’organisation de leurs modèles et commandes est ensuite introduite. La dernière partie se focalise sur la gestion de l’énergie avec un tour d’horizon des méthodes utilisées depuis celles basées sur des règles intuitives jusqu’aux plus évoluées.

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Auteur(s)

  • Rochdi TRIGUI : Directeur de recherche - Université Gustave Eiffel, ENTPE, LICIT-ECO7, Lyon, France

  • Alain BOUSCAYROL : Professeur des universités - Université de Lille, Arts et Metiers Paris Tech, Centrale Lille, JUNIA-Hauts-de-France, - EA 2697-L2EP, Lille, France

INTRODUCTION

La croissance économique et sociale a été longtemps associée à la performance des divers moyens de transport. Pour le transport terrestre, les différents secteurs de la mobilité (individuelle des personnes, services de transport en commun, transport de marchandise, etc.) ont profité des développements technologiques des motorisations, essentiellement thermiques, de plus en plus performantes pour se généraliser dans l’activité humaine. Cependant, basés sur une consommation d’énergie majoritairement d’origine fossile, ces mêmes moyens de transport sont associés aujourd’hui à des nuisances environnementales diverses comme le réchauffement climatique et la pollution de l’air. D’autre part, la fin annoncée des réserves de ressources fossiles remet en question la suprématie de la propulsion thermique dans les transports. Bien que le moteur thermique (essence, diesel, gaz) ait réalisé ces dernières décennies des avancées conséquentes d’efficacité et de dépollution, la recherche de motorisations alternatives introduisant une part d’électricité n’a pas cessé depuis la mise en œuvre des premiers véhicules électriques. Les solutions associant les deux types de motorisation, thermique et électrique, appelées hybrides, ont été également étudiées et développées. Visant à profiter des avantages de chaque type d’énergie, cette catégorie de véhicule permet en théorie de rendre les mêmes services de mobilité qu’un véhicule conventionnel tout en maîtrisant les nuisances environnementales notamment en zones urbaines et périurbaines. En effet, en plus d’une possibilité de fonctionner dans un mode sans émissions à l’instar d’un véhicule électrique, la seconde source, généralement à base de carburant fossile, permet de conserver une autonomie comparable à celle du véhicule thermique. Le passage d’un mode de fonctionnement à l’autre permet au véhicule hybride de s’adapter aux conditions de circulation et d’assurer ainsi une efficacité énergétique remarquable d’autant plus que les phases de décélération et de freinage s’accompagnent généralement d’une récupération de l’énergie cinétique du véhicule, pour recharger l’élément de stockage.

En revanche, la présence de plusieurs sources, et donc de plusieurs conversions d’énergie à bord, induit deux préoccupations majeures. La première est d’ordre économique et questionne sur la possibilité d’amortissement des surcoûts à l’investissement engendrés par l’ajout de composants additionnels par rapport à un véhicule thermique. La seconde est d’ordre technique et concerne la complexité de la mise en œuvre de la chaîne de traction avec une multitude de possibilités d’association, mais aussi la complexité de la synthèse de la commande qui va gérer le fonctionnement du véhicule et l’ensemble de ses composants.

C’est surtout sur ces deux aspects que les recherches de ces dernières décennies ont débouché sur l’utilisation d’une approche systémique du véhicule basée sur la modélisation. La commande de haut niveau du véhicule hybride connue également sous l’appellation « stratégie de gestion de l’énergie » s’inscrit pleinement dans cette approche qui permet de développer et comparer des stratégies par simulation avant de les tester sur un véhicule. Le réseau scientifique français MEGEVH (modélisation énergétique et gestion d’énergie des véhicules hybrides) (composé de laboratoires de recherche et d’industriels du domaine du transport) a notamment contribué à développer cette approche. Cet article décline cette démarche en présentant, dans un premier temps, les différentes architectures hybrides usuelles rencontrées et leur modélisation. La deuxième partie est consacrée à un tour d’horizon des méthodes développées dans le domaine de la gestion de l’énergie des véhicules hybrides.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-trp1105


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4. Conclusion

Les véhicules hybrides thermiques-électriques présentent un compromis intéressant entre complexité et gain d’énergie et d’émission. Différents agencements (architectures, topologies) existent et permettent de réaliser des gains variables selon l’importance de la partie électrique. Étant donnée cette diversité structurelle et technologique, une approche systémique est nécessaire pour pouvoir étudier ces véhicules en profondeur et les optimiser. La modélisation joue alors un rôle central pour pouvoir prédire les performances à l’avance et développer et comparer différentes stratégies de commandes. L’utilisation du formalisme REM, ou d’autres outils de structuration comme les bondgraphs par exemple, permet de limiter les erreurs de modélisation liées à l’interconnexion de systèmes énergétiques de natures différentes et structurer la commande de ceux-ci.

La gestion de l’énergie des VEH apparaît alors comme un point clé dans leur conception et peut s’appuyer sur les modèles pour réaliser un benchmark des compromis attendus selon les différentes méthodes utilisées. Il s’avère finalement que l’efficacité de la stratégie retenue conditionne directement la performance dynamique et énergétique du véhicule, d’où le recours aux théories de l’optimisation.

Sur le plan des agencements des composants, bien que les topologies usuelles présentées ici sont connues et bien étudiées depuis longtemps, certaines variantes de connexions des composants mécaniques comme les réducteurs, les boites de vitesse et les embrayages peuvent présenter des intérêts énergétiques ou de moindre encombrement. Des travaux de recherches impliquant des algorithmes d’optimisation structurelle sont encore à l’ordre du jour et permettent de faire émerger les agencements les plus prometteurs . Ce couplage entre optimisation topologique et optimisation fonctionnelle est annoncé comme...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - DESREVEAUX (A.), HITTINGER (E.), BOUSCAYROL (A.), CASTEX (E.), SIRBU (G.M.) -   Techno-economic comparison of total cost of ownership of electric and diesel vehicles.  -  IEEE Access, vol. 8, pp. 195752-195762, DOI :10.1109/ACCESS.2020.3033500 (2020).

  • (2) - ARMAND (M.) et al -   Lithium-ion batteries – Current state of the art and anticipated developments.  -  Journal of Power Sources, vol. 479, n° 16, ref. 228708 (2020).

  • (3) - BETHOUX (O.) -   Hydrogen fuel cell road vehicles : state of the art and perspectives.  -  Energies, vol. 13, n° 21, ref. 5843, DOI https://doi.org/10.3390/en13215843 (2020).

  • (4) - CHAN (C.C.), BOUSCAYROL (A.), CHEN (K.) -   Electric, hybrid and fuel cell vehicles : architectures and modeling.  -  IEEE transactions on Vehicular Technology, vol. 59, n° 2, pp. 589-598, DOI :10.1109/TVT.2009.2033605 (2010).

  • (5) - DEPATURE (C.), JEMAI (S.), BOULON (L.), BOUSCAYROL (A.), MARX (N.), MORANDO (S.), CASTAINGS (A.) -   Energy Management in fuel-cell/battery vehicles.  -  Key Issues Identified in the IEEE Vehicular...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

1 Annuaire

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1.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)

Réseau scientifique français MEGEVH (Modélisation Énergétiques et Gestion d’Énergie des Véhicules Hybrides et électriques)

http://www.megevh.org

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