Gestion de l énergie dans les véhicules hybrides

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1 Geston de l énerge dans les véhcules hybrdes Laboratore Transport et Envronnement Rochd TRIGUI, INRETS-LTE Réseau Natonal MEGEVH Journées lub EEA. Llle mars 29

2 Plan Rappel des fonctons de l hybrdaton Poston du problème de la geston de l énerge Méthode de la programmaton dynamque Méthode du calcul varatonnel Eléments pour un dmensonnement optmal Applcatons en lgne : RN ou λ-control Laboratore Transport et Envronnement LTE 2

3 Poston O2 des Véhcules hybrdes O 2 emsson n g/km Gasolne Desel Insght From Ademe data E cycle Prus 1 Prus 2 vc Prus Drvetran power n kw Laboratore Transport et Envronnement LTE 3

4 Hybrde : Deux sources d énerge => 1 degré de lberté arburant P 1 NP P veh Electrcté P 2 Laboratore Transport et Envronnement LTE 4

5 Deux optons pour la geston de la battere - harge flottante sustanng H. S. onvergence vers un état de charge préférentel * Pussance max de charge et de décharge * Durée de ve * Pas de recharge extéreure, carburant unquement * battere de pussance ou Supercondensateur. SO - harge décrossante depletng H. D. Décrossance de l état de charge au cours du trajet : * Etat charge mnmum vsé * Recharge par le réseau électrque : consommaton mxte. * Battere d énerge SO Laboratore Transport et Envronnement LTE 5

6 Geston de l énerge : Approche par foncton H. S : Améloraton des condtons de fonctonnement du moteur thermque. Arrêt démarrage Stop - start. Ade au décollage et aux reprses Boost. Récupératon à la décélératon. Mode tout électrque. Recharge préférentelle de la battere flux sére H. D : Améloraton des condtons de fonctonnement du moteur thermque; Degré de lberté sur l état de charge fnal : * Taux de décharge selon la dstance parcouru * Décharge complète en fn de journée. Laboratore Transport et Envronnement LTE 6

7 Geston nstantanée dans la prus Moteur Thermque Moteur électrque Temps en s Laboratore Transport et Envronnement LTE 7

8 Poston du problème Etant données : - Une archtecture hybrde - La talle des dfférents composants - Une sollctaton donnée usage - Une contrante sur la décharge battere Quelle est la melleure lo de geston de l énerge pour la mnmsaton de la consommaton de carburant? - Gan potentel en consommaton - omparason objectve entre les dfférents véhcules - Indcaton pour les Los de geston en lgne Laboratore Transport et Envronnement LTE 8

9 Les cnématques ou cycles ycle normalsé ycle réel HYZEM ARTEMIS 12 8 Vtesse en km/h Vtesse en km/h Temps en s Temps en s Laboratore Transport et Envronnement LTE 9

10 1 Laboratore Transport et Envronnement LTE Msson du véhcule donnée Approche par modèle nverse f r r veh dt d J = ω temps Vtesse véhcule 1 N = N r r r r ω ω ω ω = N f f f f => + Msson Lo de route = N r r r r

11 artographes statques de débt et de rendement Modèle énergétque «artographe»am Modèle énergétque «artographe»mi SP 15 carte d'sorendement en % ouple en Nm ouple sur l arbre en Nm Vtesse du moteur en tr/mn Regme moteur thermque en Tr/mn Laboratore Transport et Envronnement LTE 11

12 Modèle smple de la battere E R I V1 V2 Tenson des batteres en V kw -8,5 kw àvde +1 kw +3,2 kw recharge décharge V1-V2=ESO,T-RSO,TI onventon de sgne : I> décharge, I< recharge Profondeur de décharge en % Laboratore Transport et Envronnement LTE 12

13 Formulaton du problème d optmsaton globale Système SE : x + 1 = x I. T e rtère à mnmser: J = N 1 = D, k. th T e ontrantes : rapport de boîte : Etat de charge { 1,2 p} k,... x = x N +ΔSoc Laboratore Transport et Envronnement LTE 13

14 Deux famlles d algorthmes d optmsaton Les heurstques et meta : * Recut smulé * olones de fourms * Essams partculares * Lentes Beaucoup de réglage Adapté aux Pb complexe avec peu de onnassances sur le système à optmser Les méthodes «exactes» : * alcul varatonnel Rapde Formulaton Analytque * Programmaton dynamque ompatble avec tout modèle du système Ressource mportantes RAM Laboratore Transport et Envronnement LTE 14

15 15 Laboratore Transport et Envronnement LTE : rtère : Paramètres de Lagrange onsommaton Système constant Optmum ondton d optmalté : alcul varatonnel { } = = , ' N e e th T I x x T k D J λ., 1 ' = + = e th F T k I x x J η λ ] [1.. ], 1.. [ P k N 1 ' λ λ λ λ = = = x J,., ' = = k I k D J th th th th th λ,., ' k I k D J th th F th th é th é η λ ] 1.. [ N λ th

16 Programmaton dynamque Mallage de l éspace état de charge battere. Battery SO maxmum charge lmt To be meshed area Intal SO value Fnal SO value maxmum dscharge lmt vehcle speed drvng cycle tme Laboratore Transport et Envronnement LTE 16

17 omparson Programmaton dynamque Et alcul varatonnel archtecture parallele 2 Embrayages : Moteur Desel 54 kw, Moteur électrque 15 kw O 2 en g ons. l/1 km Prog. dyn. 273,7 2,994 alc Var 273,2 2,998 vtesse en km/h battery SO en curent % n A temps en s alc var dynamc prog. alc var dynamc prog. Flux sére: Recharge battere 4 2 Laboratore Transport et Envronnement LTE t e m p s e n s 17

18 Dmensonnement avec ou sans DSZ du MT Deux optons pour l'hybrdaton d'un véhcule de référence Sans downszng du MT Avec downszng du MT pods prx Performances dynamques Battere chargée Performances dynamques Battere déchargée Laboratore Transport et Envronnement LTE 18

19 Battery D/A E-RI,I Etude paramétrque sur le taux d hybrdaton d un hybrde parallèle I.. engne Elect. machne ω th, th ω e, e Belt drve Gear box Axle R c,η c Rk, ηk varaton archtecture ω r, r DIMENSIONNEMENT ÉVALUATION cycle de condute vtesse-temps varaton de la valeur du paramètre exemple: pussance moteur électrque véhcule hybrde véhcule de référence autres composants valeur paramètre mot. thermque accélératon maxmum VEHLIB performances du véhcule de référence performances du véhcule hybrde adaptaton de la talle du moteur thermque performances suffsamment proches? NON OUI Prog dyn consommaton optmale sur le cycle consdéré Laboratore Transport et Envronnement LTE 19

20 Évoluton des gans potentels en foncton de la pussance du moteur électrque Varaton de la pussance du moteur élecrque - 2 embrayages - NED à chaud 4 Véhcule de référence consommaton l/1km 3 Véhcule conventonnel dem avec Start/Stop S/S dem avec S/S et optmsaton rapports de boîte Véhcule conventonnel avec dmensonnement véhcule hybrde: S/S Optmsaton rapports de boîte Passage au véhcule hybrde: Geston de la pussance des accessores Boost et mode tout électrque grâce à: Pussance maxmum moteur électrque kw Flux sére unquement Récupératon au frenage unquement Flux sére et récupératon au frenage À partr de 1-15 kw de pussance maxmum de ME, la consommaton est presque mnmale équlbre entre la masse supplémentare, la quantté de récupératon au frenage, et le downszng du moteur thermque; La récupératon au frenage est ben plus ntéressante que le flux sére. Laboratore Transport et Envronnement LTE 2

21 Gans potentels de consommaton par rapport au véhcule de référence % Véhcule hybrde deux embrayages lo hybrdée 45 Potentel de gan en consommaton % NED chaud 1-15 modes Urban hyzem Router hyzem Autoroute hyzem Pussance maxmum du moteur électrque kw Le gan en consommaton est plus mportant sur cycle urban ou normalsé. 15 kw permet d'attendre le maxmum de potentel de consommaton sur l'ensemble des cycles. Laboratore Transport et Envronnement LTE 21

22 Geston de l énerge en lgne Les deux méthodes d optmsaton globale précédentes supposent connu le cycle de vtesse. => Méthodes lmtées à la smulaton hors lgne Adaptaton en lgne : - Approche fonctonnelle avec nterprétaton experte des résultats de l optmsaton globale - Approche par réseaux de neurone - Lambda contrôle Laboratore Transport et Envronnement LTE 22

23 Utlsaton d'un réseau «Radal Bass Functons Dynamc Decay Adjustment»: Grandeur de sorte: pussance demandée au moteur électrque. BMS ouple roue Vtesse roue État de charge Pussance accessores RBF-DDA Pussance moteur électrque Organe de Décson Et de protecton Boost? Flux sére? Mode tout électrque? L'apprentssage est réalsé sur un grand nombre de cycles d'usage réel HYZEM. Laboratore Transport et Envronnement LTE 23

24 Effet du passage aux RNs omparason courbes d'état de charge et conso. as d un hybrde desel à 2 embrayages SO relatf en % réseau de neurones 3.45 l/1km optmsaton globale 3.25 l/1km temps en s 3.25 l/1km 3.45 l/1km 6% 6 vtesse véhcule en km/h temps en s Laboratore Transport et Envronnement LTE 24

25 Le Lambda-contrôle S. Delprat, S. Kerman, LAMIH xc SO cble orrecteur PI Optmsaton globale e T t λ t e k Véhcule Hybrde x vehcle speed Km/h 2 1 Vehcule speed km/h Tme s x 1-4 Lambda Tme s Laboratore Transport et Envronnement LTE state of charge % Tme s 25

26 onclusons et perspectves * La geston de l énerge est un problème de premère mportance dans les VHs * Les deux méthodes d optmsaton globale sont équvalentes et utles pour : - omparason objectve selon un crtère - Etude paramétrques : ndcatons sur le dmensonnement des composants. - Elaboraton de los expertes pour mplantaton * Intégrer d autre contrantes ex : utlsaton lmtée de la battere pour rason d échauffement et durée de ve * Prendre en compte un crtère pondéré conso/pollu.. Emsson de NOx pour le desel par exemple Laboratore Transport et Envronnement LTE 26