Gestion d’énergie avec la stratégie fondée sur des règles

Pour améliorer la consommation de fuel, une répartition avec une stratégie fondée sur des règles, implémentées dans les distributeurs du modèle, est principalement utilisée. Ces règles sont implémentées dans les distributeurs du modèle ainsi que les propriétés physiques comme par exemple, typiquement la constante de temps de l’élément transformateur F-à-M peut être considérée comme égale à la moitié de celle de l’élément transformateur E-à-M ou encore la régulation du SOCeà son état initial, cela signifie que le véhicule est utilisé en mode charge sustaining (maintien de la charge) (Section 5.1). Les simulations sont répétées avec la même stratégie de commande pour :

• toutes les conditions de fonctionnement (définies par la puissance des auxiliaires électriques, Paux=[1 kW, 2 kW et 3 kW], et l’écart de température entre extérieur et la cabine du véhicule,∆Tcth=[0^◦C, 10^◦C et 20^◦C]).

De plus, la vitesse maximale de conduite électrique (110 km/h) est fixée par le contrôleur du modèle fonctionnel. Pour cette approche, les répartitions du besoin et de la puissance fournie sont effectuées par les distributeurs en utilisant les priorités retenues. Ces priorités par rapport aux distributeurs sont détaillées dans leTableau 5.3.

Dans ce cas, le Distributeur Mécanique de la chaîne de traction thermique transmet l’énergie mécanique fournie par l’élément transformateur F-à-M vers l’effecteur de mouve-ment ou l’élémouve-ment transformateur M-à-E. Par ailleurs, le Distributeur Electrique transmet l’énergie électrique fournie par le stockage électrique aux auxiliaires électriques ou mouve-ment (conduite électrique). Finalemouve-ment, le Distributeur Mécanique de mouvemouve-ment et confort thermique transmet les besoins de mouvement et confort thermique aux chaînes de traction électrique et thermique et au système de freinage. Il fait également la répartition de l’énergie fournie entre les effecteurs de mouvement et de confort thermique.

TABLEAU5.3 –Priorités d’allocation des besoins et de puissances fournies dans les distributeurs.

Distributeur Image Priorité

Distributeur Mécanique de la chaîne de traction thermique

Fourniture : Mouvement (1) Chargement de la batterie (2) Distributeur Electrique Fourniture : Auxiliaire électrique (1) Conduite électrique (2) Distributeur Mécanique de : mouvement et confort thermique Besoin :

Chaîne de Traction Electrique (1)

Chaîne de Traction Thermique (2)

Système de Freinage (3) Fourniture :

Mouvement (1) Confort thermique (2)

Afin de procéder à une première évaluation, une simulation est effectuée pour des conditions de fonctionnement [P_aux=2kW,∆Tcth =10^◦C] et avec un SOC_einitial de 55%. Les résultats obtenus en simulation sur un cycle NEDC utilisant la stratégie fondée sur des règles de répartition d’énergie sont illustrés par les tracés de laFigure 5.15.

5.3.2.1 Cas d’un profil de conduite NEDC [Paux = 2kW, ∆Tcth = 10^◦C] avec la stratégie fondée sur des règles

FIGURE5.15 –Résultats de simulation pour le cycle NEDC avec la stratégie fondée sur des règles.

A partir de ces résultats, on peut effectuer les remarques suivantes :

• Dès le départ du cycle, la stratégie de répartition de puissance entre les sources conduit à une demande à la chaîne de traction thermique régulière. Lorsque le SOCe atteint le niveau limite 55%, le distributeur réagit pour satisfaire le besoin nécessaire à la mission du véhicule et au stockage électrique. Cela mène à l’augmentation de la demande de la puissance nécessaire à la chaîne de traction thermique. Quand le stockage électrique permet d’utiliser la chaîne de traction électrique pour le déplacement, il est utilisé en priorité (quand le SOCeest supérieur à 55%) (Figure 5.15 .(c)).

• Le niveau du SOCe augmente avec le freinage régénératif, pour ce fonctionnement la chaîne de traction électrique est utilisée (Figure 5.15 .(d)). Une autre raison de cette augmentation est l’élément transformateur M-à-E. Pour des valeurs pic, typiquement supérieures à 35 kW, la fourniture de la puissance de la chaîne de traction thermique est utilisée pour charger le stockage électrique car la chaîne de traction électrique ne peut assurer le freinage régénératif à ce niveau de puissance. Pour mémoire cette architecture contient au moins deux machines électriques.

• La consommation de carburant, la variation∆SOCequi conduit à la consommation de carburant corrigée et le nombre de cycles allumage/arrêt de la chaîne de traction thermique pour les segments urbain, autoroute et pour l’ensemble du cycle sont illustrés dans leTableau 5.4.

TABLEAU5.4 –Indicateurs de performance pour la stratégie fondée sur des règles (NEDC).

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

Consof 6,6071 l / 100 km 4,2372 l / 100 km 5,1110 l / 100 km

∆SOCe -0,0162 -0,0362 -0,0525

nmth 20 7 27

Consocor 6,7191 l / 100 km 4,3834 l / 100 km 5,2446 l / 100 km

Il est important de noter que l’utilisation de la chaîne de traction électrique n’est pas tou-jours la meilleure solution pour minimiser la consommation de carburant. Le fonctionnement du VEH avec l’architecture série peut mener le système a un rendement global inférieur à celui d’une architecture parallèle, mais cela dépend aussi de la commande de la machine thermique et de sa zone de fonctionnement. Dans le modèle fonctionnel, les rendements des éléments de transformation sont constants. Cela signifie que charger la batterie par la chaîne de traction thermique n’est pas une solution efficace.

5.3.2.2 Cas d’un profil de conduite WLTC [P_aux = 2kW, ∆Tcth = 10^◦C] avec la stratégie fondée sur des règles

Pour un résultat plus détaillé, le modèle est évalué avec le même paramétrage et la même stratégie de la gestion d’énergie pour un cycle du WLTC. Les résultats sont illustrés par les tracés de laFigure 5.16.

FIGURE5.16 –Résultats de simulation pour le cycle WLTC avec la stratégie fondée sur des règles.

ces résultats, les remarques suivantes peuvent être faites :

• La puissance nécessaire pour ce cycle a des transitions plus fortes que celles du cycle NEDC, ainsi l’utilisation de la chaîne de traction électrique au départ du cycle s’arrête quand le SOCe atteint sa limite inférieure. Puis quand l’état de charge le permet, la chaîne de traction électrique est réutilisée (Figure 5.16 .(c)),

• Le freinage régénératif est utilisé pour récupérer l’énergie et la transformer en énergie électrique (Figure 5.16 .(c)etFigure 5.16 .(d)),

• Les consommations de carburant, le∆SOCe, la consommation de carburant corrigée et le nombre de cycles allumage/arrêt de la chaîne de traction thermique pour les segments urbain, périurbain, autoroute et l’ensemble du cycle sont illustrés dans le

Tableau 5.5.

TABLEAU5.5 –Indicateurs de performance pour la stratégie fondée sur des règles (WLTC).

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

Conso_f 6,6508 l / 100 km 4,0781 l / 100 km 4,5165 l / 100 km 4,5758 l / 100 km

∆SOCe -0,0142 0,0165 -0,0182 -0,0159

n_mth 21 26 5 52

Conso_cor 6,7795 l / 100 km 4,0392 l / 100 km 4,5782 l / 100 km 4,5949 l / 100 km

Le nombre de cycle d’allumage / d’arrêt n’intervient pas sur le niveau de consommation de carburant, c’est un critère de confort.

Grâce à ces résultats, il est possible de noter que les indicateurs de performances varient selon le cycle et de même pour chaque segment des cycles concernés. Pour le cycle WLTC, le nombre de cycles allumage/arrêt de la chaîne de traction thermique est supérieur à celui du cycle NEDC, mais la consommation de carburant est plus faible. La variation de SOC_e diffère selon les conditions de conduite, pour les cycles WLTC et NEDC elle est négative. Cela conduit à une consommation de carburant corrigée plus élevée que la consommation de carburant estimée. En revanche, pour le type de conduite périurbain du cycle WLTC, la variation de SOC_eest positive, cela mène à une consommation corrigée plus faible. On peut noter que la batterie est chargée avec une énergie supérieure à celle récupérée par le freinage régénératif. On peut donc conclure qu’un niveau d’énergie complémentaire est apporté par la chaîne de traction thermique. Pour la stratégie fondée sur des règles, deux autres aspects à mettre en évidence concernent :

• pour le critère sur la consommation corrigée cette stratégie est plus performante pour le cycle WLTC que pour le cycle NEDC,

• en revanche, le nombre de cycle d’allumage/arrêt de la chaîne de traction thermique n’est pas fiable pour la comparison entre le cycle NEDC et le cycle WLTC, car leurs distances parcourus sont différents (11 km et 27 cycles allumage/arrêt pour le cycle NEDC et 23 km et 52 cycles allumage/arrêt pour WLTC). Mais, les performances obtenues avec cette stratégie semblent être similaires pour les deux cycles.

Ainsi, afin de conclure sur le choix de cette stratégie, en prenant en compte le modèle conducteur (type de conduite ou type de cycle ou type de segment) une analyse plus détaillée avec les conditions données précédemment et les différents états initiaux sera effectuée dans laSection 5.4.

5.3.3 Stratégie de gestion d’énergie fondée sur PFC (Commande Prédictive