Le présent document a été partagé en quatre parties :
La première partie permet de décrire les différentes similarités qui existent entre le système pile à
combustible et le système moteur thermique dépollué. Nous allons ainsi présenter la structure commune aux deux groupes motopropulseurs étudiés. Nous allons ensuite définir les axes de comparaisons entre ces deux systèmes énergétiques. Ces axes permettent d’évaluer la consommation, le respect des normes de pollution, l’autonomie, le coût et la densité d’énergie des deux groupes motopropulseurs. Nous allons également définir le cycle de roulage utilisé pour la validation en simulation et expérimentalement. Enfin, nous formalisons un problème de commande commun aux deux systèmes.
La deuxième partie du rapport traite le cas de la solution de rupture : Le groupe motopropulseur avec
pile à combustible et reformeur embarqué.
– Le chapitre 2 décrit le contexte de l’étude. Nous présentons l’état de l’art des systèmes avec pile à combustible, ensuite nous détaillons le système du projet RESIPRE sur lequel nous avons travaillé. Nous présentons également les enjeux spécifiques au système étudié.
– Le chapitre 3 est consacré à la modélisation des différents composants du module de puissance du système pile5. Les modèles sont obtenus à partir des équations de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l’énergie et à partir des équations d’état des fluides (relation des gaz parfait, équations d’incompressibilité,...). Ces modèles sont à bases, pour la plupart, d’équations aux dérivées partielles. Ils prennent en compte différents phénomènes physico-chimiques : la dif-fusion, le transport des gaz, les réactions chimiques, les changements d’état des gaz et les réactions électrochimiques. Des versions simplifiées et réduites des modèles sont ensuite développées. On trouvera ainsi une modélisation de la pile à combustible, des échangeurs de chaleur, des radiateurs, du reformeur...
– Le chapitre 4 contient des modèles des différents composants du groupe motopropulseur avec pile à combustible. On trouvera la modélisation du stock d’eau (facteur à optimiser pour améliorer l’au-5
tonomie du véhicule) ainsi que quelques références sur la modélisation des moteurs électriques. Nous présentons également une synthèse du modèle du groupe motopropulseur ainsi qu’une vali-dation expérimentale des différents modèles développés.
– Le chapitre 5 concerne le module de commande et de diagnostic du système pile à combustibles étudié. Nous reprenons dans ce chapitre le problème d’optimisation formalisé dans la première partie. Nous proposons ensuite une loi de commande du groupe motopropulseur. On trouvera ainsi le développement d’algorithmes de commande pour la thermique de la pile à combustible, pour les échangeurs de chaleur ainsi que des lois de surveillance et de diagnostic du bilan d’eau. Nous ter-minons ce chapitre des résultats de validation en simulation des lois de commande et de diagnostic.
La troisième partie du mémoire est consacrée à l’étude du groupe motopropulseur avec moteur
thermique dépollué.
– Le chapitre 6 décrit le contexte de l’étude. Nous présentons l’état de l’art de quelques architectures des moteur thermiques Diesel dépollués, ensuite nous détaillons les systèmes des projets IDEAS et EPM sur lesquels nous avons travaillés. Nous présentons également les enjeux spécifiques aux systèmes étudiés.
– Le chapitre 7 contient des modèles des différents composants du module de puissance du système moteur thermique dépollué. Les modèles sont obtenus à partir des équations de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l’énergie et à partir des équations d’état des fluides (relation des gaz parfait, équations d’incompressibilité,...). Ces modèles sont à bases, pour la plu-part, d’équations aux dérivées partielles. Ils prennent en compte différents phénomènes physico-chimiques : la diffusion, le transport des gaz, les réactions physico-chimiques (combustion, catalyse) et les phénomènes pneumatiques (perte de charge d’un gaz dans un milieu poreux). Des versions sim-plifiées et réduites des modèles sont ensuite développées. On trouvera ainsi une modélisation du moteur thermique, des catalyseurs d’oxydation, des filtres à particules et de leurs influences sur la puissance du moteur ...
– Le chapitre 8 contient des modèles des différents composants du groupe motopropulseur avec mo-teur thermique dépollué. On trouvera la modélisation du stock d’huile (facmo-teur à optimiser pour améliorer l’autonomie du véhicule) ainsi que quelques références sur la modélisation des boîtes à vitesses mécaniques. Nous présentons également une synthèse du modèle du groupe motopropul-seur ainsi qu’une validation expérimentale des différents modèles développés.
– Le chapitre 9 concerne le module de commande et de diagnostic du système moteur thermique Die-sel étudié. Nous reprenons dans ce chapitre le problème d’optimisation formalisé dans la première partie. Nous proposons ensuite une loi de commande du groupe motopropulseur. On trouvera ainsi le développement d’algorithmes de commande pour la régulation thermique des gaz en entré du filtre à particules ainsi que des lois de surveillance et de diagnostic de la masse de suies dans le filtre et du rendement de l’actionneur utilisé pour la régénération du filtre. Nous terminons ce cha-pitre par des résultats de validation en simulation et expérimentalement des lois de commande et de diagnostic.
La quatrième partie regroupe différents résultats de la comparaison du groupe motopropulseur avec
pile à combustible et celui avec moteur thermique dépollué. Les résultats sont classé selons les axes de comparaison définis dans la première partie.
Nous concluons ensuite en résumant les principaux résultats obtenus ainsi que les différentes pers-pectives de la thèse. Après les conclusions et les perspers-pectives, nous rapportons les différentes
bibliogra-phies utilisées. Le rapport est suivi par des annexes sur les détails de quelques calculs, quelques brevets