Choix d’horizon de prédiction et la pondération α

Au préalable des simulations pour les conditions de fonctionnement nominales (fixées à [P_aux=2kW,∆Tcth=10^◦C]), une analyse est effectuée concernant le choix des paramètres de réglage suivants :

• l’horizon de prédiction h. Cette valeur a été introduite enSection 4.2.2.2pour la ges-tion d’énergie multi-sources/mono-consommateur. Elle correspond à l’horizon de prédiction pour la puissance maximale disponible de la chaîne de traction électrique. • les paramètres α_i. Ces pondérations ont été introduites enSection 4.2.2.1pour la

ges-tion d’énergie mono-source/multi-consommateurs. Elles gèrent la répartiges-tion de la puissance fournie entre les différents consommateurs.

5.3.3.1.1 Choix de l’horizon de prédiction h pour l’estimation de la puissance maximale L’influence de l’horizon de prédiction est testée pour différentes valeurs pour le même modèle (VEH - 1) et pour les deux cycles de conduite. LaFigure 5.17montre les résultats obtenus pour cinq horizons de prédiction (1 s, 2 s, 3 s, 4 s et 5 s) de ces simulations.

(A)

(B)

(C)

FIGURE5.17 –Comparaison des horizons pour les critères du véhicule : (a) Consommation de carburant, (b) Nombre de cycle allumage/arrêt de la chaîne de traction thermique, (c) Consommation

• A l’égard de la consommation de carburant (Figure 5.17(a)) :

— pour l’ensemble du cycle NEDC, les écarts de consommation sont très faibles et négligeables.

— pour le segment de cycle WLTC-urbain, des horizons de 1 s et 2 s semblent diminuer la consommation avec un niveau de performance de 5,5 l/100 km ( 15% de moins que les autres horizons).

— pour le segment WLTC-périurbain le meilleur choix semble être 3 s pour une consommation de 3,9 l/100 km ( 7% moins que les autres).

— de plus, pour l’ensemble du cycle WLTC, la différence est faible pour faire un choix (même si l’horizon augmente, la consommation de carburant ne semble que très légèrement augmenter).

• Par rapport au nombre de cycles allumage/arrêt de la chaîne de traction thermique (Figure 5.17(b)) :

— le changement de l’horizon de prédiction n’a pas d’effet considérable sur les résultats pour l’ensemble de cycle NEDC et ses segments,

— pour l’ensemble du cycle WLTC, avec un horizon de 3 s le nombre de cycles allumage/arrêt est plus élevé avec un résultat supérieur à 30 cycles ( 10% de plus qu’avec les autres horizons),

— pour les autres horizons la différence de performance entre les différents résultats ( 6%) est faible et il est difficile d’en déduire un choix optimal (le nombre de cycles se situe entre 28 et 30 cycles),

— si le segment du cycle WLTC - Autoroute est pris en considération, le nombre de cycles augmente de 5 en plus pour les horizons de 2 s et 3 s comparativement aux autres horizons.

• concernant la consommation corrigée de carburant (Figure 5.17(c)), estimée par la variation sur l’état de charge SOCe, pour le cycle NEDC, la différence est négligeable. En revanche, pour le cycle WLTC, les résultats sont semblables à la consommation de carburant donnée enFigure 5.17(a). Ceci signifie que pour le segment WLTC-urbain, les meilleurs choix de l’horizon sont 1 s et 2 s.

A partir de ces remarques sur les différents horizons de prédiction, pour le cycle NEDC la différence de performance est relativement faible. En revanche, pour le cycle WLTC, le meilleur choix de l’horizon correspond à un horizon de 1 s. Aussi, ce choix peut être adopté pour le cycle NEDC pour avoir la même performance que le cycle WLTC.

5.3.3.1.2 Choix des pondérations αipour la répartition de la puissance fournie

Concernant la gestion d’énergie (puissance ou énergie fournies) dans le cas d’une structure mono-source/multi-consommateurs, il reste à définir le choix des paramètres α_ide répartition de la puissance fournie afin d’analyser la stratégie proposée. Cela permettra de comparer

cette stratégie et la stratégie fondée sur des règles. Pour l’horizon de prédiction choisi précédemment, la pondération α₁ de répartition de la puissance fournie à l’effecteur du mouvement du véhicule est considérée constante et égale à 1. Des comparaisons ont été effectuées pour quatre valeurs de α₂:[0, 25; 0, 5; 0, 75; 1]la pondération pour la répartition de la puissance fournie à l’effecteur du confort thermique. Les résultats obtenus sont illustrés par les tracés de laFigure 5.18.

(A)

(B)

(C)

FIGURE5.18 –Comparaison des valeurs de α2pour les critères du véhicule (a) Consommation de carburant, (b) Nombre de cycle d’allumage/arrêt de la chaîne de traction thermique et (c)

Ces résultats attirent les remarques suivantes :

• Si la consommation de carburant est prise en considération (Figure 5.18(a)) :

— pour le cycle NEDC, l’augmentation de α₂ induit une légère augmentation de consommation pour une conduite de type urbaine. En revanche, pour une conduite sur parcours autoroutier le résultat ne change pas pour les différentes valeurs des

α₂et pour l’ensemble du cycle on note une légère augmentation de la consomma-tion.

— pour le cycle WLTC, le meilleur résultat est obtenu pour α₂ >0, 5, où la consom-mation pour le type de conduite urbain diminue de 0,5 l/100 km mais il augmente pour le type périurbain de 0,25 l/100 km.

• Pour le nombre de cycles d’allumage/arrêt de la chaîne de traction thermique (Figure 5.18(b)) :

— concernant le cycle NEDC, le résultat le plus approprié (nombre minimal) est obtenu pour α₂ =1 avec une valeur de 15 cycles pour l’ensemble du cycle NEDC et 12 cycles pour la conduite type urbain. Pour les autres valeurs de α₂, ces valeurs sont de 16 et 14 cycles respectivement.

— pour le cycle WLTC, le nombre de cycles d’allumage/arrêt ne change pas considé-rablement.

• Enfin, pour la consommation de carburant corrigée (Figure 5.18(c)) :

— les courbes sont semblables à la consommation de carburant, dans le cas du cycle NEDC, la différence des résultats pour l’ensemble de valeurs de α₂est négligeable. — pour le cycle WLTC, pour les valeurs α₂ > 0, 5, cet indicateur de performance

diminue d’une façon semblable à la consommation de carburant (Figure 5.18(a)). Au regard de ce qui a été noté précédemment, afin d’avoir un bon compromis sur la valeur de α₂, les valeurs obtenues pour les différents critères guident le choix vers un intervalle 0,75 et 1. Il a été adopté α2=0, 875 pour obtenir un bon compromis entre les différents critères.

Avec les choix effectués, un horizon de prédiction de 1 s et de pondération sur les répartitions d’énergie entre les consommateurs α₂=0, 875, il est possible d’aborder l’analyse du comportement du véhicule pour les conditions de fonctionnement nominales [Paux=2kW, ∆Tcth=10^◦C] pour déterminer le niveau de performance.

5.3.3.2 Cas d’un profil de conduite NEDC [Paux = 2kW, ∆Tcth = 10^◦C] avec la stratégie fondée sur PFC fonctionnement en « partage des besoins par priorisation »

FIGURE5.19 –Résultats de simulation pour le cycle NEDC avec la stratégie fondée sur PFC, fonctionnement en « partage des besoins par priorisation ».

En utilisant les paramètres obtenus par la stratégie de gestion d’énergie introduite au

Chapitre 4, les résultats sont résumés dans leTableau 5.6et les observations suivantes peuvent être faites au regard d’étant résultats de simulation du VEH pour le cycle NEDC :

• Contrairement aux résultats de simulations obtenus avec la stratégie fondée sur PFC avec le fonctionnement « partage des besoins par priorisation » proposée, la traction électrique est utilisée pour des fonctionnements à des puissances plus faibles mais plus souvent (Figure 5.19 .(c)). Même l’existence d’un point où la puissance maximale est très légèrement dépassée, mais cela ne modifie pas les résultats ni les conclusions. • Concernant la consommation de carburant, la performance de l’approche proposée est

meilleure pour une conduite de type urbain mais elle consomme davantage que celle obtenue avec les autres stratégies dans le cas d’une conduite autoroutière. Ainsi, cela mène à une consommation totale inférieure à celle de la stratégie fondée sur des règles. • Sur l’ensemble du cycle NEDC, la variation∆SOCeest très proche de zéro, mais elle

est négative. Ainsi, l’utilisation d’énergie électrique pour la traction est assurée et le coût des missions du véhicule à prendre en compte correspond à l’énergie fournie par la chaîne de traction thermique et l’énergie récupérée en fin de ce cycle.

• Concernant le nombre de cycles allumage/arrêts de la chaîne de traction thermique, les performances obtenues avec la stratégie de gestion d’énergie proposée ci-dessus sont

plus faibles que celles obtenues avec la stratégie fondée sur des règles. Ce critère doit être pris en considération pour le choix final de la stratégie adoptée.

TABLEAU5.6 –Indicateurs de performance avec la stratégie fondée sur PFC fonctionnement en « partage des besoins par priorisation » (cycle NEDC).

Critère NEDC (Urbain) NEDC (Autoroute) NEDC (Ensemble)

Conso_f 6,5176 l / 100 km 4,2518 l / 100 km 5,0872 l / 100 km

∆SOCe -0,0037 -0,0522 -0,0559

n_mth 12 2 14

Conso_cor 6,5432 l / 100 km 4,4626 l / 100 km 5,2297 l / 100 km

5.3.3.3 Cas d’un profil de conduite WLTC [Paux = 2kW, ∆Tcth = 10^◦C] avec la stratégie fondée sur PFC, fonctionnement en « partage des besoins par priorisation »

FIGURE5.20 –Résultats de simulation pour le cycle WLTC avec la stratégie fondée sur PFC, fonctionnement en « partage des besoins par priorisation ».

Cet essai attire les commentaires suivants :

• comme dans le cas du cycle NEDC, la traction électrique est utilisée plus souvent qu’avec la stratégie fondée sur des règles (Figure 5.20(c)).

• la consommation de carburant (Tableau 5.7) est plus importante par rapport à la stra-tégie fondée sur des règles quelque soit le segment du profil (WLTC) sauf le type de conduite urbain.

• la variation de l’état de charge∆SOCesur l’ensemble du cycle WLTC n’est pas négli-geable et supérieure à celle obtenue avec la stratégie fondée sur des règles.

• le nombre de cycles allumage/arrêt de la chaîne de traction thermique est moins important que celui obtenu avec la stratégie fondée sur des règles.

• pour l’ensemble du cycle WLTC et les indicateurs de performance, la stratégie fon-dée sur des règles semble d’être un meilleur choix que la stratégie fonfon-dée sur PFC, fonctionnement en « partage des besoins par priorisation ».

TABLEAU5.7 –Indicateurs de performance avec la stratégie fondée sur PFC, fonctionnement en « partage des besoins par priorisation » (cycle WLTC).

Critère WLTC (Urbain) WLTC (Périurbain) WLTC (Autoroute) WLTC (Ensemble)

Conso_f 6,4278 l / 100 km 4,1338 l / 100 km 4,6091 l / 100 km 4,6075 l / 100 km

∆SOCe 0,0052 -0,0026 -0,0420 -0,0393

n_mth 12 20 4 36

Consocor 6,3804 l / 100 km 4,1399 l / 100 km 4,7519 l / 100 km 4,6550 l / 100 km

Pour cette simulation, la stratégie de gestion d’énergie de type PFC fonctionnement en « partage des besoins par priorisation » (côté sources) peut être choisi selon deux fonctionne-ments possibles :

• fonctionnement « partage de besoins par priorisation avec la prédiction de puissance maximale disponible »,

• fonctionnement « boost ».

Les résultats illustrés par les enregistrements donnés sur laFigure 5.19et laFigure 5.20, sont obtenus en simulation avec le fonctionnement de répartition des besoins. Dans le cas du cycle WLTC, la consommation est supérieure à celle obtenue avec la stratégie fondée sur des règles.

A titre comparatif, ces résultats sont complétés avec ceux obtenus avec le fonctionnement « boost », montrés enFigure 5.21etTableau 5.8.

FIGURE5.21 –Résultats de simulation en cycle du WLTC obtenus à partir de la stratégie fondée sur PFC, fonctionnement « boost ».

Ces résultats, obtenus avec le fonctionnement « boost », attirent les commentaires sui-vants :

• le comportement et la répartition du besoin (puissance/énergie) sont différents pour les deux types de stratégies proposées. En fonctionnement de « partage des besoins par priorisation », l’énergie électrique pour la traction est plus importante que celle nécessaire avec le fonctionnement « boost » (Figure 5.20 .(c)etFigure 5.21 .(c)).

• la consommation de carburant est plus faible que celle obtenue avec le fonctionnement de « partage des besoins par priorisation » (sauf sur le segment urbain) et la stratégie fondée sur des règles (sauf sur le segment périurbain).

• le nombre de cycles d’allumage/arrêt de la chaîne de traction thermique est également moins important que pour les autres approches proposées.

TABLEAU5.8 –Indicateurs de performance pour la stratégie fondée sur la PFC, fonctionnement « boost » (WTLC).

Critère WLTC (Urbain) WLTC (Périurbain) WLTC (Autoroute) WLTC (Ensemble)

Conso_f 6,4059 l / 100 km 4,1056 l / 100 km 4,4667 l / 100 km 4,5396 l / 100 km

∆SOCe -0,0018 -0,0132 -0,0091 -0,0240

n_mth 11 15 4 30

Consocor 6,4218 l / 100 km 4,1366 l / 100 km 4,4975 l / 100 km 4,5685 l / 100 km

Ces résultats permettent d’effectuer une analyse préliminaire pour le choix de la stratégie de gestion d’énergie d’un VEH en comparant les indicateurs de performances selon les

différentes stratégies et selon pour une condition de fonctionnement nominale.

Afin de pouvoir faire une comparaison plus détaillée incluant différentes conditions de fonctionnement et des variations des états initiaux, les indicateurs de performances sont calculés et présentés enSection 5.4.