Conception, dimensionnement et évaluation de performance d'un réseau innovant pour la recharge des véhicules électriques en zone urbaine

par Mario Alberto Alvarado Ruiz

Thèse de doctorat en Informatique et réseaux

Sous la direction de Maurice Gagnaire et de Fadi Abi Abdallah.

Le président du jury était Ken Chen.

Le jury était composé de Jocelyne Elias, German Castignani.

Les rapporteurs étaient Bernard Cousin.


  • Résumé

    De façon à réduire l'impact du réchauffement climatique, la Commission Européenne a décidé dans le prolongement du protocole de Kyoto de réduire drastiquement les émissions de gaz à effet de serre. En la matière, le remplacement progressif des véhicules thermiques par des véhicules électriques est considéré comme un objectif clé. Dans ce but, plusieurs prérequis doivent être pris en compte pour le déploiement rapide des véhicules électriques sur le marché européen. Le premier de ces prérequis consiste en la conception d'une nouvelle génération de batteries avec une efficacité énergétique accrue, une plus grande capacité et une robustesse améliorée. Le second prérequis est la conception et le déploiement rapide et économique d'infrastructures de recharge. Enfin, l'émergence de normes européennes dans tous ces domaines est une impérieuse nécessité pour la viabilité économique du marché européen des véhicules électriques. Cette thèse se focalise essentiellement sur le second de ces trois prérequis. Il est largement admis qu'à court terme, l'usage des véhicules électriques sera essentiellement limité aux zones urbaines avant d'être étendu à tout le territoire. Tel que cela est pris en compte par le projet de recherche national TELEWATT dans lequel nous avons été impliqués, les réseaux d'éclairage publics en zones urbaines peuvent être utilisés judicieusement pour déployer à court terme des infrastructures de recharge bon marché. Le principe de base de ce projet consiste à connecter à chaque candélabre une ou deux stations de recharge pour véhicule électrique si une ou deux places de parking sont disponibles dans l'environnement proche. Diverses contraintes électriques spécifiées dans le projet TELEWATT doivent être satisfaites pour permettre la recharge de véhicules électriques sans perturber la qualité de l’éclairage. Dans cette thèse, nous commençons par démontrer la faisabilité d’une telle opération. Pour cela, nous avons développé un simulateur permettant de décrire le comportement dynamique du système global. La force et l’originalité de ce simulateur réside dans sa capacité à déterminer en temps-réel et avec laprécision nécessaire si un véhicule électrique peut effectivement être connecté à une borne. La réponse à cette question dépend des caractéristiques statiques et dynamiques du réseau d’éclairage et de l’état de charge des véhicules déjà connectés comme des véhicules candidats. La dynamique du processus de recharge de chaque véhicule électrique dépend fortement de la puissance instantanée consommée par l’infrastructure globale. Le second objectif original de cette thèse consiste en la conception de politiques d’ordonnancement d’activation des diverses bornes de recharge. Notre objectif est de proposer, via ces politiquesd’ordonnancement, divers types de qualité de service (QoS) garanties aux usagers. De telles garanties peuvent par exemple se décliner en termes d’état de charge attendu pour une certaine durée de stationnement.

  • Titre traduit

    An innovative system for electrical vehicular charging in urban zone : conception, dimensioning, and performance evaluation


  • Résumé

    In order to reduce the impact of global warming, the European Commission has decided in the continuation of the Kyoto protocol to reduce drastically greenhouse gas emissions. In this matter, the progressive replacement of thermal vehicles by electric ones is considered as a key objective. For that purpose, several prerequisites must be considered for the rapid deployment of Electrical Vehicles (EV) in the European market. The first of these prerequisites consists in the design of a new generation of batteries with higher energy efficiency, larger capacity and improved robustness. The second one is the design and rapid deployment of cost effective charging infrastructures. At last, the emergence of European standards in all these matters is an imperious necessity for the viability of the EVs European market. This thesis is mainly focused on the second of these three prerequisites. It is widely admitted that in the short term, EVs usage will be essentially limited to urban areas before being extended to the whole territory. As it is considered by the French National TELEWATT research project to which we have contributed, street lighting networks can be used judiciously to deploy in the short term low cost charging infrastructures. The basic principle of this project consists in coupling to each street light one or two EV's charging stations if one or two parking spots are located nearby. Various electrical constraints specified in the TELEWATT project must be satisfied to enable EVs' charging without degrading the quality of the lighting system. In this thesis, we begin to demonstrate the feasibility of such an operation. For that purpose, we have developed a simulator enablingto depict the dynamic behavior of the global system. The strength and originality of this simulator resides in its capacity to determine in real-time and with the necessary precision if an EV can effectively be connected to a charging station. The response to this question depends on static and dynamic characteristics of the street lighting network and on the state of charge of the batteries of both the connected and candidate EVs. The dynamism of the charging process of each EV strongly depends on the instantaneous power consumed by the global infrastructure. The second original result of this thesis consists in the design of scheduling policies to activate the various charging stations. Our objective is to propose via these scheduling policies, various types of guaranteed Quality of Service (QoS) to the end-users. Such guarantees can be declined for instance in terms of expected state of charge for a given parking term


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