Modélisation des composants électriques pour l'optimisation de systèmes hybrides durant la phase de pré-développement des véhicules.Model-based optimization of electrical system in the early development stage of hybrid drivetrains

Cette these analyse les challenges auxquels sont confrontes les composants electriques pour les systemes de traction hybrides. L’analyse de ces composants et de leurs interactions en tant qu’entite independante est un sujet de recherche important afin de dimensionner de maniere optimale le systeme au lieu de combiner des composants optimaux. Les vehicules hybrides sont un domaine de recherche qui suscite un grand interet parce qu’il s’agit d’une solution efficace a court terme afin de preparer la transition energetique vers les vehicules a zero emission. Malgre les avantages de cette solution, c’est un sujet de recherche complexe car les composants electriques doivent etre integres dans un systeme de propulsion conventionnel. Ainsi le but de ce travail de recherche est axe sur la determination de methodes appropriees pour etudier les composants electriques et les contributions apportees par cette these visent a repondre a la problematique suivante : determiner le niveau suffisant de details pour modeliser les systemes electriques pour les systemes de traction pour vehicules hybrides afin d’identifier le dimensionnement ideal des composants pour differents systemes pendant la phase de developpement. Afin de resoudre cette problematique, ce rapport est divise en quatre parties au sein de six chapitres. D’abord l’etat de l’art des vehicules hybrides, des composants electriques ainsi que des methodes d’optimisation associees sont presentes (chapitre 1). Ensuite, pour chaque composant (chapitre 2 a 4), des methodes de modelisation appropriees sont determinees afin de les modeliser mais aussi afin d’evaluer leur integration dans le systeme de propulsion. Puis, une solution pour l’etude du systeme globale est determinee a partir de l’analyse de travaux precedents (chapitre 5). Finalement, une approche d’optimisation est developpee et permet d’analyser differents systemes ainsi que l’influence de differents parametres sur le dimensionnement (chapitre 6). Grâce a l’analyse du developpement actuel et des travaux precedents sur le sujet ainsi qu’au developpement d’outils de simulation, cette these etudie et analyse les relations entre le niveau de tension et de courant, et les performances du systeme dans differents cas. Les resultats permettent de determiner l’influence de ces parametres sur les composants ainsi que l’impact de l’environnement industriel sur les resultats. En tenant compte du cadre legislatif actuel, les resultats convergent globalement tous dans la meme direction : une reduction du niveau de tension, respectivement une augmentation du courant, entraine une amelioration du systeme global par rapport aux methodes de dimensionnent actuelles. Ces observations sont liees a l’architecture, au cycle d’evaluation et a l’environnement consideres mais les methodes et l’approche developpee ont pose les bases pour etendre les connaissances dans le domaine de l’optimisation des vehicules hybrides. En plus de l’optimisation generale, des cas particuliers sont analyses afin de montrer la modularite des methodes et l’influence de parametres supplementaires (systeme 48V ou convertisseur Boost). Afin de conclure, cette these a mis en place les bases pour l’etude des composants electriques pour les vehicules hybrides. De part un environnement fluctuant et les nombreuses technologies possibles, ce sujet suscite encore un grand interet et les points suivants peuvent etre encore etudies de maniere plus detaillee : * Application des methodes pour d’autres systemes de propulsion (autre architectures hybrides, vehicule a pile a combustible ou tout electrique), * Etude de nouvelles technologies comme le carbure de silicium pour l’electronique de puissance, la machine a reluctance variable ou le sulfure de lithium pour les batteries, * Analyse d’autre cycle d’evaluation ainsi que leur cadre legislatif, * Mise en place de structures additionnelles pour l’electronique de puissance, * Validations supplementaires avec d’autres composants