Dimensionnement par optimisation sur cycle de conduite de machines électriques polyphasées pour les applications véhicules hybrides et tout électriques.

Design optimization of polyphase electrical machines on driving cycles for hybrid and electric vehicle applications

• Auteur / Autrice : Rebecca Mazloum
• Direction : Sami Hlioui
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Inscription en doctorat le 05/05/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes et applications des technologies de l'information et de l'énergie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2002-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : SETE - Systèmes d'énergies pour les transports et l'environnement
• Partenaire(s) de recherche : référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)

Mots clés

Mots clés libres

Machines électriques

Optimisation

Cycle de conduite

Optimisation

Electric machines

Driving cycle

Surrogate models

Résumé

Dans un contexte général caractérisé par une conscience écologique gouvernementale et publique qui ne cesse d'augmenter impliquant un durcissement permanent des normes et règlements concernant les émissions polluantes et les gaz à effets de serre, les différents constructeurs de moyens de transports individuels ou collectifs doivent apporter leurs contributions écologiques en assurant, entre autres, une électrification massive de leurs chaînes de traction. Le groupe PSA a choisi d'adopter l'électrification de toute de sa gamme de véhicules et de proposer à ses clients des véhicules partiellement électrifiés (hybrides) ou tout électriques. Ces véhicules disposent d'une chaîne de traction électrique composée principalement par une batterie – convertisseur statique – machine électrique. L'optimisation de cette chaîne reste un point crucial pour proposer des solutions de traction efficientes permettant d'assurer des performances élevées (forte autonomie) et des fonctionnements fiables. La machine électrique (ME), organe central de la chaîne de traction, doit répondre à des exigences souvent antagonistes : puissances/couples élevées dans des volumes réduits, des rendements les plus élevés possible et des contraintes sévères de coût. Un processus de dimensionnement optimal est alors indispensable pour toute machine candidate à ce type d'application. Différentes stratégies d'optimisation ont d'ores et déjà été développées et présentées dans la littérature de spécialité, mais ne prennent pas en compte, pour des raisons de temps de calculs non admissibles, différentes contraintes et/ou phénomènes physiques importants pour de telles applications. Parmi ces éléments nous citerons particulièrement : la saturation magnétique des matériaux magnétiques, la prédiction précise des pertes dans la ME étudiée (richesse harmonique des inductions), le comportement thermique transitoire de la ME et les cycles de conduite. La prise en compte simultanée de ces différents éléments/comportements physiques dès la phase de dimensionnement par optimisation permettra de proposer des topologies de machines électriques innovantes les plus adaptées aux besoins spécifiés aussi bien en termes de performances qu'en termes de coûts. Les travaux que nous souhaitons mener dans le cadre de cette thèse consistent à, d'une part, améliorer les procédures de dimensionnement des machines électriques dédiées aux applications véhicules hybrides ou électriques en adoptant un dimensionnement prenant en considération le « vrai » cycle de fonctionnement couplé à une modélisation multiphysique fine de la machine électrique. D'autre part, ces méthodologies de dimensionnement seront exploitées pour dimensionner et analyser les performances de différentes topologies et configurations de machine synchornes : des machines synchro-réluctantes triphasées et polyphasées (nombre de phases supérieur à trois) et la machine synchrone à rotor bobinée.

The thesis consists, on the one hand, to improve the design procedures of the electric machines dedicated to the application of hybrid and vehicles. This can be curried out by taking into the real driving cycle coupled with fine multiphysical models of the electric machine. Those models will consider the electrical, magnetic, mechanical and thermal behaviours of the electric machine on the driving cycle. On the other hand, these design methodologies will be used to design and analyse the performances of different topologies of the synchronous machine: three-phase and multiphase synchronous machines and including the wound rotor one.