Modèle 0D du Véhicule Électrique

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1 Énergies renouvelables Production éco-responsable Transports innovants Procédés éco-efficients Ressources durables Modèle 0D du Véhicule Électrique Wissam DIB / IFP Energie nouvelles 07/04/2011

2 Plan Présentation du projet et intérêt d'utilisation du modèle du véhicule Objectif : Améliorer l'efficacité d'une flotte de véhicules électriques en libre service Présentation du service + véhicule Exploitation de la base de trajet Modèle du véhicule électrique Description des modèles utilisés Description des modèles des différents composants Machine asynchrone de 8 kw Variateur de vitesse Batterie Ni-Mh de 14.4 kwh Transmission Validation du modèle dynamique du véhicule 2

3 Projet Ville Mobilité Energie Objectif : Améliorer l'efficacité d'une flotte de véhicules électriques en libre service Projet AMI2 Développement d'outils: Superviseur d é énergie embarqué Cartographie énerg nergétique de la ville 3

4 Contexte du projet Objectif Trouver la trajectoire de vitesse véhicule qui minimise l é énergie électrique sous certaines contraintes Vitesse maximale 4 Vitesse initiale Durée du parcours Vitesse finale Utilisation de méthodes mathématiques (Programmation dynamique, résolution analytique, ), du modèle véhicule et des données altimétriques Réduction de l utilisation de l énergie stocké dans la batterie

5 Trajet client type RER Centre ville V = f(t) V = f(d) 5 SOC initial = 84 % SOC final = 81 % Consommation électrique = kwh 0.28 kwh/km Possibilité de réduire la consommation énergétique sur ce trajet?

6 Utilisation de l optimisation énergétique Sur un parcours particuliers (client xxx) Optimisation locale Qualification de la conduite Non optimisé car vitesse faible Bouchon??? 6 Comparaison entre la trace de vitesse mesurée et l évolution «optimale» dans des conditions de circulation identique Permet de qualifier la conduite d un client - 30%

7 Contexte du projet Utilisation du modèle du véhicule Acquisition Modèle Modèle Modèle Potentiel de réduction de la consommation Développement du superviseur énergétique Validation en simulation 7

8 Service MOEBIUS Service de véhicules électriques en libre accès 3 zones de retrait / restitution des véhicules Gare RER Rueil Centre 2 km 3 km 9 véhicules en libre-service Service opérationnel depuis juillet 2010 Extension à d'autres villes Centre commercial 8

9 Description du véhicule Véhicule F-CITY (FAM) Masse : 840 kg Moteur électrique de 8 kw Freinage récup cupératif (40%) Batterie Ni-Mh de 14.4 kwh Vitesse maximale : 65 km/h Autonomie: entre 80 et 100 km Récup cupération de signaux du calculateur véhicule et envoi via le réseau GSM: Géo localisation, mesures vitesse - état de charge courants

10 Exploitation de la base de trajets 1544 trajets sur 6 mois et 5 véhicules Paris Ouest Rueil-Malmaison 10

11 Exploitation de la base de trajets Statistiques globales 11 Acquisitions Nombre d'acquisitions : 1544 Distance parcourue : 1994 km Trajet moyen : 2,56 km Vitesse moyenne : 19,2 km/h Énergie électrique dépensé : 406 kwh Décharge totale de plus de 28 batteries 0,2 kwh / km (mise à jour autonomie) Décharge moyenne par trajet : 3,4 % Émissions de CO2 pour la production de l'énergie électrique en France : 37 kg de CO2 (18,4 g de CO2 par km) Compréhension du comportement des utilisateurs Estimateur d'autonomie

12 Exploitation de la base de trajets Mesures disponibles sur véhicule par le bus Can Mesures Vitesse véhicule SOC (State Of Charge) Rotation moteur Pédale accélérateur Température moteur Unité Km/h % tours/min % C Température variateur Courant batterie Tension module batterie C A V 12

13 Plan Exploitation de la base de trajet Objectif : Améliorer l'efficacité d'une flotte de véhicules électriques en libre service Présentation du service + véhicule Modèle du véhicule électrique Description des modèles utilisés Description des modèles des différents composants Machine asynchrone de 8 kw Variateur de vitesse Batterie Ni-Mh de 14.4 kwh Transmission Validation du modèle dynamique du véhicule 13

14 Description des modèles utilisés Types de modèles Modèles statiques Modèles dynamiques V V ds qs = = R R s s I I ds qs ω ϕ s + ω ϕ s qs ds dϕ + dt dϕ + dt ds qs Utilisés dans les algorithmes de contrôle Utilisés pour simuler la dynamique du véhicule 14

15 Modèle du véhicule électrique Chaine de Transmission Batterie 15 Variateur de vitesse Véhicule composé de différents composants - domaines Moteur électrique

16 Modèle du véhicule électrique Moteur électrique asynchrone de 8 kw C Réalisation d'un modèle physique P = V I + V I e e = ds pm ds qs qs ( I I I I ) qs dr ds qr V V ds qs = R I r r s = R I s 0= R I 0= R I dr qr ds qs ω ( L I r r s s ( L I + MI ) s ( L I + MI ) s s + ω ( L I ω + ω s qr dr qs ds + MI + MI qs ds qr dr ) ) Cartographies statiques Pe se décompose en 3 termes : 1. pertes joules 2. échanges électromagnétique 3. P mécanique sur l'arbre 16

17 Modèle du véhicule électrique Batterie Ni-Mh de 14.4 kwh Réalisation d'un modèle pile SOC V 1 C t ( t) = SOC + I ( τ ) dτ 0 nom 0( SOC) + RΩ ( SOC Icell cell = U ) t 0 cell 17 Tension en sortie d'une cellule

18 Modèle du véhicule électrique Dynamique véhicule M v v& = F trac F slope F res Fres = Faer + Froll + Fd = a + bv + 2 cv Essais réalisés en levée de pied et avec pente nulle M v F = 0 = 0 v& trac = F v = res ratio F slope ( v) = a bv cv R tire 2π n τ 60 e _ mot 2 a= b=0 c=

19 Modèle du véhicule électrique 1er essai : Décélération à partir de 40 km/h en lâcher de pied Dynamique véhicule 2eme essai : Décélération à partir de 44 km/h en lâcher de pied 19

20 Modèle du véhicule électrique Contrôle de la machine électrique: Structure couple couple à la roue Rapport de réduction couple électrique Pédale Frein Pédale Accel 20 Stratégie de Contrôle élec. de puissance mesures (courant, tension, températures...) machine électrique

21 Validation du modèle dynamique du véhicule 21

22 Conclusions Modèle du véhicule électrique Machine asynchrone Batterie Ni-Mh de 14.4 kwh Transmission Loi de route Modèle est utilisé la plateforme du simulation pour valider les développements et les algorithmes de contrôle les développements du superviseur énerg nergétique 22

23 Merci Questions 23

24 Énergies renouvelables Production éco-responsable Transports innovants Procédés éco-efficients Ressources durables