Optimisation énergétique en temps réel par modèles réduits d'une chaîne de traction hybride avec prise en compte des transitoires thermiques

par Nawal Jaljal

Thèse de doctorat en Energétique, thermique, combustion

Sous la direction de Patrick Lagonotte.

Soutenue en 2007

à Poitiers , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers ; 1992-2008) , en partenariat avec Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées (autre partenaire) .

mots clés

• Automobiles électriques hybrides
• Modèles réduits -- Moteurs
• Padé, Approximants de
• Automobiles électriques hybrides

Résumé

Cette thèse s'inscrit dans le contexte de la maîtrise et de la réduction de la consommation d’une chaîne de traction hybride. Les études statistiques montrent que le parcours moyen d’un automobiliste est d’environ 8 km pour une durée moyenne inférieure à 12 minutes. La prédominance des trajets courts fait que le moteur fonctionne toujours en transitoires thermiques ce qui conduit à des surconsommations en carburant. Ceci est d’autant plus vrai dans le cas d’un véhicule hybride puisque le moteur thermique fonctionne moins longtemps que sur un véhicule conventionnel. Nous avons construit un modèle de synthèse dynamique représentatif, précis, suffisamment simple, modulaire et rapide permettant de décrire en temps réel tous les phénomènes physiques mis en jeu. D’une part, nous avons développé et/ou adapté le modèle thermique de chaque organe pour prédire les températures. Le besoin de disposer de modèles de petites tailles nous contraint à les réduire. Nous avons développé une nouvelle méthodologie de réduction : la résolution des équations du modèle avec redistribution des flux. Enrichie d’une technique dite de « réduction par groupes », cette méthode s’intègre également dans un processus global de réduction de modèles de plusieurs dizaines de milliers de nœuds (CAO). D’autre part, nous avons élaboré une stratégie d’optimisation simplifiée qui prend en compte la dimension thermique et qui est fondée sur la représentation du moteur thermique par des « Droites de Willans ». L’ensemble des modèles thermiques et de la stratégie d’optimisation simplifiée a été intégré dans une plate forme logiciel et ensuite validé par des essais pour estimer l’intérêt d’une gestion thermique sur la consommation de la chaîne de traction hybride.

Titre traduit

Energy optimization in real-time by reduced models of a hybrid powertrain considering thermal transients

Résumé

This thesis fits in the context of the control and the reduction of the consumption of a hybrid powertrain. Statistical studies show that a motorist daily journey reaches approximately 8 km and its average duration is lower than 12 min. The prevalence of short journeys implies that the engine always works in thermal transients what leads to overconsumption of fuel. This reality is even truer in the case of a hybrid vehicle because since the thermal engine functions for longer than on a conventional vehicle. We have built a dynamic model of synthesis able to describe in real time all the physical phenomena at stake. This model is at the same time representative, precise, simple, modular and fast enough to be on an embarked vehicle. On the one hand, we have developed and/or adapted the thermal model of every organ to predict the temperatures. The need to have models of small sizes forces us to reduce them. We develop a new methodology of reduction: the resolution of the equations of the model with the redistribution of flows. Enriched by a so called “reduction by groups” technique, this method also becomes integrated into a global process of reduction of models of several thousands nodes (CAD). On the other hand, we elaborated a simplified strategy of optimization which takes into account the thermal dimension and which is based on the representation of the heat engine by “Willans Lines”. The whole of the thermal models and the simplified optimization strategy was been integrated in a flat one software shape and then validated by tests to estimate the interest of a thermal management on the consumption of the hybrid powertrain.