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MODELISATION,COMMANDEETGESTIONDE
L'ENERGIED'UNVEHICULEELECTRIQUE
HYBRIDE
THESIS·JUNE2011
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1AUTHOR:
SifEddineGuenidi
NationalPolytechnicSchoolofAlgiers
2PUBLICATIONS1CITATION
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Availablefrom:SifEddineGuenidi
Retrievedon:12March2016
MODELISATION, COMMANDE ET GESTION DE L’ENERGIE D’UN
VEHICULE ELECTRIQUE HYBRIDE
Guenidi Sif Eddine
Laboratoire de Commande des Processus (LCP), Ecole Nationale Polytechnique,
10, avenue Pasteur, Hassan Badi, BP 182, El Harrach, Alger, Algérie
[email protected]
I. INTRODUCTION
L'industrie automobile est confrontée à une pression
croissante pour créer des véhicules qui profitent des sources
d'énergies alternatives.
L’augmentation du prix du carburant et les normes de
plus en plus strictes d'émissions exigent que les nouvelles
technologies développées répondent à ces besoins. En même
temps, l'industrie automobile a besoin de satisfaire sa
clientèle en gardant toujours haut ces standards de
performances, et pourtant l'industrie veut continuer à
bénéficier de l'infrastructure déjà en place comme les «
stations-services ».
Des entreprises telles que Toyota, GM, et Ford ont
consacré beaucoup d'efforts afin d’apporter de tels systèmes
sur le marché. Développer un système qui fusionne les
nouvelles technologies « sources d'énergie électrique :
moteurs, batteries, pile à combustible » avec les techniques
existantes « moteurs à essence/diesel » afin de produire un
véhicule hybride, cela nécessite un processus de
développement à grande échelle qui met en contribution tous
les ingénieurs participant au design. Un tel système fait
partie des systèmes pluridisciplinaires il demande des
compétences multiples pour son développement, sa
conception et sa gestion d’énergie. [1]
II. MODELE DE SIMULATION
Dans cet article, nous examinons un modèle de véhicule
hybride-électrique de type série/parelle sous Matlab
/Simulink, en utilisant les positions de la pédale
Convertisseur
DC/DC
Bus Vdc
Mots Clés — Véhicule électrique hybride, Simulation,
Modélisation, Stratégie de commande, Gestion de l'énergie
(accélérations /décélérations) déduites du cycle de conduite,
comme signal d’entrée principale.
La simulation illustre le flux d'énergie et sa distribution en
vertu des différents modes de fonctionnement du véhicule
hybride.
Tous les éléments de traction sont modélisés et regroupés
pour créer un modelé énergétique (Figure 1) capable de
simuler le comportement hybride , qui associe les différentes
sources d’énergie de manière efficace et optimale à l’aide
d’un système de commande qui se base sur une logique
permettant un partage de puissance bénéfique qui se traduit
par une économie du carburant diminuant les rejets polluants
l’atmosphère .
Batterie
Résumé — Ce travail est consacré à la modélisation et à la
simulation d’un véhicule électrique hybride ayant deux sources
d’énergies : un moteur thermique et une motorisation
électrique.
L’architecture série/parallèle est adoptée pour la modélisation
ainsi chaque organe de la traction est modélisé séparément, Le
modèle du véhicule construit pour la simulation consiste à
assembler les déférents blocs des composants en les reliant
d’une manière structurée tout en respectant la causalité
physique.
Pour la commande de l’ensemble motopropulseur une
stratégie de commande est développée, dont le rôle est de
choisir à chaque instant la meilleure répartition de puissance
entre les différentes sources d’énergie d’une manière à
minimiser la consommation de carburant et les émissions des
polluants.
Moteur
Electrique
Arbre Moteur
Electrique Dynamique
du Véhicule
Moteur Elec Couple Ref
Système de
Management
d’énergie
Géné Couple Ref
Mth Couple Ref
Génératrice
Electrique
Train
Mécanique
Arbre Gén
Position du Pédale
Puissance Electrique
Puissance Mécanique
Signaux de Commande
Moteur
Thermique
Arbre Moteur
Thermique
Figure 1 : Vue générale du modèle de simulation du véhicule hybride
A. Cycle de Conduite
Dans le cadre de cette étude, un cycle de conduite
exprime l’évolution de la vitesse du véhicule en fonction du
temps. Il permet d’évaluer la consommation et/ou les
émissions de polluants du véhicule dans des conditions de
conduite identiques.
Pour les besoins de la simulation et pour reproduire un
trajet routier avec différentes conditions de conduites on a
recours au cycle de vitesse européen normalisé (NEDC),
Figure 2.
Figure 2: Cycle de vitesse Européen Normalisé (NEDC)
B. Dynamique du véhicule
En appliquant le principe fondamental de la dynamique
sur l’équation 2, on peut déduire la vitesse V. [2]
Les différentes forces auxquelles le véhicule en
mouvement est soumis sont représentées sur la Figure 3
C. Moteur Thermique
Un moteur thermique convertit une énergie chimique en
énergie mécanique. Les moteurs thermiques les plus utilisés
actuellement sont les moteurs à essence et les moteurs
Diesel.
Le moteur est modélisé avec une seule entrée qui est la
consigne de couple du moteur et qui correspond à la position
de la pédale d'accélérateur du véhicule.
En sortie, un vecteur contenant le couple et la vitesse du
moteur est disponible. Ce bloc est une modélisation très
simple n'incluant pas la dynamique de la combustion et ne
faisant pas apparaître de frottement ainsi que les pertes
associées. [3]
La figure 4 représente les caractéristiques Couple/Vitesse
et Puissance/Vitesse du moteur thermique.
Figure 3 : Les forces agissants sur un véhicule [2]
Le comportement d'un véhicule en mouvement le long de
son sens de déplacement est déterminé par toutes les forces
qui agissent sur lui dans cette direction. La Figure 3 montre
les forces agissant sur un véhicule dans une pente.
L'effort de traction, Ft, dans la zone de contact situé entre
les pneus des roues motrices et la surface de la route
propulse le véhicule vers l'avant. Il est produit par le couple
du moteur, et ensuite transféré à travers la transmission aux
roues motrices.
Lorsque le véhicule est mobile, il ya une résistance qui
tente d'arrêter son mouvement, cette résistance comprend en
général la résistance au roulement, la traînée aérodynamique
et la résistance en montée.
Selon la deuxième loi de Newton, l'accélération du
véhicule peut être écrite comme :
Ft  Fr
dV
,
(1)

dt
 .M
Ou V est la vitesse du véhicule, ∑ Ft est l'effort de traction
totale du véhicule ∑ Fr est la résistance totale, M est la
masse totale du véhicule, et ∂ est le facteur de masse qui aide
à convertir les inerties rotationnelles des éléments de
rotation en translation.
Figure 4 : les Caractéristiques Couple/Vitesse et Puissance/Vitesse du
moteur thermique
D. Train Planétaire
 
Figure 5 : Train planétaire
L'équation dynamique du mouvement du véhicule le long
de la direction longitudinale est :
M
dV
 ( Ftf  Ftr )  Frf  Frr  Fg  Fw
dt
(2)
Frf et Frr, : Résistances de roulement des pneus avant et
arrière
Ftf et Ftr, : Effort de traction des pneus avant et arrière
Fw: Trainée Aérodynamique
Fg : Résistance de la pente
Le modèle dynamique choisi est un modèle simplifié qui
ne tient pas compte des forces de roulis et de tangage. Le
véhicule est modélisé comme une masse en mouvement
soumise à la force motrice Ft développée par le groupe
motopropulseur et à différents efforts liés à l’environnement.
Le véhicule hybride additionne 3 sources d’énergie, l’une
est thermique et deux sources électriques, cela implique
l’utilisation d’un répartiteur de puissance pour pouvoir
bénéficier pleinement du rendement de chaqu'une
Le type de répartiteur de puissance utilisé est un train
planétaire épicycloïdal (Figure 05). Il permet d’avoir une
addition de couples des trois moteurs sans imposer un
rapport fixe entre les régimes. Le train planétaire
épicycloïdal est composé d'un pignon planétaire associé à
des pignons satellites (appelés ainsi car les satellites tournent
autour du planétaire comme dans le système solaire). Le
train planétaire reçoit, par la couronne à denture interne, la
puissance du moteur électrique et par le porte-satellites celle
du moteur thermique. Le pignon soleil étant solidaire de la
génératrice. [3]
E. Batterie
Nous présentons une des voies technologiques possibles
d’alimentations embarquées. Il s’agit des batteries utilisées
dans tous les véhicules hybrides actuels.
Les types de batteries choisies sont les batteries nickelhydrure de métal, elles possèdent des performances
massiques et volumiques très supérieures aux technologies à
base de plomb ou de cadmium et on profite du
développement de l’électrode à base de nickel utilisée pour
les batteries Ni-hydrogène développé pour les applications
spatiales. Ce type de batterie, dans sa version traction, à
équipe principalement les véhicules des constructeurs
japonais comme la Toyota Prius.
Le modèle de batterie utilisé [4] est simplement une source
de tension contrôlée en série avec une résistance interne
mais il reproduit exactement les courbes de charge et de
décharge de la plupart des types de batteries, c’est un modèle
dynamique et paramétrable.
Le schéma suivant illustre le circuit équivalent du
modèle dynamique :
catégorie, à des compatibilités entre les tensions des sources
et des récepteurs. Ce problème sous-entend la présence à
bord des véhicules électriques de convertisseurs
électroniques dont le rôle est de lever les incompatibilités de
fonctionnement.
30 kW
20 kW
Conversion
AC/DC
Génératrice
K1
Cbus
20 kW
L
50 kW
Batterie
Conversion
AC/DC
Moteur
K2
Conversion DC/DC
Figure 7 : System de traction électrique d’un véhicule hybride.
Deux types de conversions sont utilisés dans la partie
traction électrique du véhicule hybride :
1.
Un Convertisseur AC/DC (Redresseur)
Un redresseur est utilisé en sortie de la génératrice pour
convertir la tension triphasée alternative en tension continue.
Un convertisseur est également utilisé pour convertir le
courant continu en courant alternatif triphasé pour alimenter
le moteur.
2. Un Convertisseur DC/DC (Hacheur)
Figure 6 : Un model de batterie générique paramétrable.
Ebatt = Tension non linéaire (v), E0 = Tension constante
(v) Exp(s)= Dynamique exponentielle de zone (v)
Sel(s)= Représente l’état de la batterie. Sel = 0 pendant la
décharge, Sel = 1 pendant la charge.
) ou résistance
K= Constante de K = de polarisation(
de polarisation (ohms).
TABLE I : L’expression mathématique (
Le véhicule hybride abrite une batterie de (20 kW) d’où
la nécessité d’avoir un convertisseur DC/DC pour permettre
Type de
batterie
NiMetal Hydrure
L’état
(
(
La Table 01 récapitule les expressions mathématiques
utilisées comme fonctions (
) de charge et de décharge
respectivement pour la batterie nickel-hydrure de métal.
F. Convertisseurs
Dans la plupart des véhicules hybrides, on se trouve
confronté à la compatibilité des sources d’énergie à courant
continu et à courant alternatif, et à l’intérieur d’une même
)
(
(
(
| |
< 0)
)
i*= Dynamique du courant en basse fréquence (A).
i= Courant de batterie (A),
it=Capacité extraite (Ah),
Q=Capacité maximum de batterie (oh)
A= Tension exponentielle (v),
),
B= Capacité exponentielle (
L = Laplace
L’expression mathématique
)
)
> 0)
(
)
d’augmenter la tension de 202 V à 500 V. La puissance en
entrée et en sortie du convertisseur est de 20 kW. La tension
du bus DC aux bornes du condensateur est régulée à
500V.[6]
Tous les convertisseurs utilisés sont bidirectionnels de
façon à permettre au courant de circuler dans les deux sens
selon le mode de fonctionnement utilisé (freinage ou
traction).
G. Moteurs Électriques
Figure 9 : Machine équivalente au sens de Park.
Les équations électriques et mécaniques de la machine
synchrone sont les suivantes :
(
Figure 8 : Toyota e-CVT transmission : MG1 est à gauche, MG2 à
droite, le train épicycloïdal au centre.
Le bon choix de la partie électrique du véhicule hybride
est l’élément majeur pour la réussite du mariage entre le
thermique et l’électrique.
Pour cela Le moteur synchrone à aimants permanents
(MSAP) semble à plus d’un titre, la solution la plus adaptée
pour une traction automobile grâce à ses performances
techniques et en particulier, sa compacité et son rendement.
Il a été retenu par Toyota dans la Prius pour les raisons
suivantes :
 bon rendement
 bonnes performances dynamiques grâce à la faiblesse
des inductances statoriques due à la largeur importante
de l’entrefer apparent.
 champ magnétique important dans l’entrefer ;
 pas de source de tension continue pour l’excitation
La Modélisation de la MASP
La modélisation de la MSAP passe par une représentation
d'état du deuxième ordre en utilisant la transformation de
Park. Cette représentation est nécessaire car les entrées et les
sorties du modèle de la machine synchrone sont exprimées
dans le référentiel a,b,c. La transformation de Park permet
de convertir les tensions et les courants pour chaque bobine
dans le référentiel a,b,c en deux composantes dans le
référentiel d,q,O. (Figure 9 )
)
(
[(
{
)
)
*
]
Les véhicules hybrides équipes d’un moteur à courant
alternatif, alors il est nécessaire d’interposer entre la source
d’énergie et le (ou les) moteur(s) de traction un dispositif de
conversion appelée onduleur, qui transforme l’énergie
électrique à courant continu en énergie électrique à courant
alternatif et qui permet de réaliser la commande du couple
des moteurs et le réglage de la vitesse du véhicule tant en
mode traction qu’en mode freinage.
La conversion DC/AC peut être réalisée de multiples
manières. Mais l’usage, les particularités des véhicules
routiers et la rationalisation des solutions industrielle ont
conduit à privilégier une structure d’onduleur à six
interrupteurs bidirectionnels constituée par l’association
d’un IGBT et d’une diode montes en antiparallèle et
commandes selon une loi du type MLI (Modulation de
Largeurs d’Impulsion, en anglais (PMW). Ce type de
montage permet d’associer une source de tension (de type
batterie) et un récepteur de type source de courant (moteur
asynchrone, moteur synchrone bobine, a aimant permanent
ou a reluctance variable).
L’onduleur est commandé par la technique de Modulation
de la Largeur d’Impulsion (MLI). Elle consiste à imposer
aux bornes de la machine des tensions, hachées à fréquence
fixe, évoluant en fonction des références de tension obtenues
à partir des régulateurs des courants. A l’aide d’un signal
triangulaire appelé porteuse, ces tensions sont modulées en
largeur d’impulsion afin de déterminer les instants de
commutation et la durée de conduction de chaque
interrupteur de l’onduleur. A chaque instant, l’un des deux
interrupteurs de chaque bras est en conduction et l’autre est
bloqué.
directement les roues et aussi la génératrice, qui fournit à
son tour la puissance nécessaire au moteur électrique, celuici contribue à son tour à l’effort de traction.
 Mode Freinage
Lors des phases de freinage ou de décélération du
véhicule, la machine électrique fonctionne en mode
générateur et récupère l’énergie cinétique de freinage pour
recharger la batterie.
Figure 10 : Schéma de principe de 1' entraînement électrique du moteur.
L’entraînement électrique de la génératrice
La MSAP utilisée en mode génératrice est entraînée par le
moteur thermique et fournit une puissance au moteur
électrique.
Le fonctionnement de 1' entraînement est donc identique
à celui du moteur électrique. Une régulation de vitesse y est
également effectuée. Les modèles de l'onduleur, de la
commande vectorielle et du contrôleur sont parfaitement
similaires à ceux de l'entraînement électrique du moteur. [3]
 Mode Démarrage
Le démarrage du véhicule est assuré par le moteur
électrique, l’objectif est d’avoir un mode tout électrique et
de garder le moteur thermique éteint pour ne pas l’utiliser
dans sa zone de faible rendement.
 Accélération
Lors d'une forte accélération le moteur électrique délivre
sa puissance maximale, il est alimenté principalement par la
batterie et aussi par la génératrice, celle-ci est entraînée par
le moteur thermique.
Ce dernier fonctionne dans sa zone de rendement optimal
car quand la demande de couple est forte, le moteur
thermique fournit sa puissance maximale.
 Mode Croisière
Dans le monde croisière le train épicycloïdal distribue la
puissance générée par le moteur thermique, il entraîne
Figure 11 : Système de contrôle du modèle du véhicule
III. SIMULATIONS ET RESULTATS
Les résultats de ces simulations [5] sont réalisés avec le
cycle de conduite (NEDC) à partir des paramètres des
moteurs de la Toyota Prius [6]
D’après la répartition optimale des couples
nous
retrouvons les principales fonctionnalités du véhicule
hybride : à l’arrêt du véhicule, le moteur thermique est
systématiquement éteint. La machine électrique assure le
démarrage de celui-ci jusqu’à une certaine vitesse, ou le
moteur thermique s’allume pour assurer la traction et en
même temps recharger la batterie via la machine électrique
qui fonctionne en mode générateur (flux série). A vitesse
stabilisée du véhicule (quand celle-ci est inférieure à 50km/
h), la traction est en mode électrique pur. Toutes les
décélérations du véhicule sont assurées par la machine
électrique permettant ainsi la récupération de l’énergie de
freinage.
Vitesse du véhicule (Kph)
60
50
40
Vitesse (Kph)
H. y èm d manag m n d’én rg
Le système de gestion de l'énergie présenté utilise un
algorithme simple basé sur une logique de seuil , son objectif
est de développer selon la position de la pédale
d'accélérateur et la vitesse du véhicule, la commande de
l’ensemble motopropulseur dont le rôle est de choisir à
chaque instant la meilleure répartition de puissance entre les
différentes sources d’énergie d’une manière à minimiser la
consommation de carburant et les émissions des polluants.
Pour une meilleure compréhension nous avons utilisé
Stateflow®, pour bien illustré les différents modes de
fonctionnements de la motorisation hybride ainsi que les
passages d’une source d’énergie à une autre.
Quatre modes de fonctionnement sont envisageables :
1. Démarrage
2. Accélération
3. Croisière
4. Freinage
30
20
10
0
-10
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Temps (sec)
Figure 12 : Vitesse du véhicule (Km/h)
1.6
1.8
2
4
x 10
Couples ( Moteur Thermique ,Moteur Electrique ,Génératrice)
Etat de la génératrice
400
1
Couple du Moteur Thermique
Couple du Moteur Electrique
Couple de la Génératrice
Etat de la génératrice
300
0.9
Couple (N.m)
200
100
0
-100
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
-200
0.1
-300
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0
0
Temps (sec)
0.2
0.4
0.6
0.8
Les états des moteurs du véhicule confirment le résultat
de la simulation, le moteur électrique affiche une
contribution continue au long du cycle de conduite mais
l’état du moteur thermique illustre une sollicitation
seulement lors des fortes demandes de puissances tel que les
accélérations, et finalement la génératrice s’active quand le
moteur thermique est éteint pour alimenter le moteur
électrique , elle se désactive instantanément quand le moteur
thermique se met en marche puis elle redémarre pour
recharger la batterie.
On note que l’ajout de la motorisation électrique diminue
de manière significative l’utilisation du moteur thermique et
permet même d’avoir un roulement tout électrique.
Etat du moteur électrique
2
1.6
1.4
1.6
1.8
2
4
x 10
L’allure de la consigne de vitesse délivrée par le
conducteur via la pédale d’accélération est identique celleillustrée illustré par le couple thermique.
A partir de la position de la pédale d’accélérateur et de la
vitesse du véhicule, le calculateur détermine la vitesse de
rotation optimale du moteur thermique et la consigne
d’ouverture du papillon des gaz.
En fin de compte, le mode tout électrique a été simulé,
toute la gamme électrique est activée lorsque le moteur est
éteint.
L'intention de garder le moteur thermique éteint est
largement due à son inefficacité à basse vitesse.
Avec un système de stockage d'énergie limitée et la
puissance du groupe moteur/générateur le mode tout
électrique a été activé à basse vitesse et dans les conditions
de faible puissance.
1.4
Signal de la pédale demandé
1
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
1.2
Figure 16 : Etat de la Génératrice
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
Temps (sec)
2
4
x 10
Signal de la pédale demandé
Etat du moteur électrique
1.8
1
Temps (sec)
Figure 13 : Couples Moteurs Thermique, Electrique et Génératrice
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Figure 14 : Etat du moteur Électrique
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
3500
4000
Temps (sec)
Etat du moteur thermique
Figure 17 : Signal de la pédale d’accélération
1
0.8
Couple du moteur thermique (N.m)
250
0.7
0.6
200
0.5
0.4
Couple(N.m)
Etat du moteur thermique
0.9
0.3
0.2
0.1
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Temps (sec)
Figure 15 : Etat du Moteur Thermique
1.6
1.8
150
100
50
2
4
x 10
0
-50
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Temps (sec)
Figure 18: Couple du Moteur Thermique
L’état de charge de la batterie (%) est l'historique de la
batterie « State Of Charge » lors du cycle de conduite utilisé.
La première SOC était de 100%. La plage de
fonctionnement est comprise entre 100% et 95% .
250
240
230
220
210
200
190
180
170
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Temps (sec)
Figure 21 : Tension de la Batterie
Dans la figure illustrant l’évolution temporelle d’un
courant de phase statorique lors d’une variation de la vitesse.
L’amplitude ainsi que la fréquence s’adaptent suite à la
variation de la vitesse.
Etat de charge de la Batterie (Soc)
101
100
Courant I as statorique du moteur électrique
250
99
200
98
150
100
97
Courant (A)
Pourcentage (%)
Tension de la Batterie
260
Voltage (V)
La tendance à la baisse de la courbe reflète la nature de
décharge au cours de la période de simulation courte. La
fluctuante du SOC a été causé par l'alimentation de la
batterie par le freinage récupératif.
En raison de la limite de fonctionnement de la batterie à
un faible niveau de charge SOC, le véhicule atteint un point
où le moteur thermique doit démarrer.
Par conséquent, le temps du mode tout électrique dans ce
cycle de conduite était de 60 secondes (Etat du Moteur
Thermique), sauf si la capacité du système de stockage de
l'énergie a été augmenté, la durée du mode tous électrique
est toujours relative à l’état de charge de la batterie et il n'ya
pas de temps déterminé ou de gamme pour cela.
96
95
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
Temps (sec)
50
0
-50
-100
2
4
x 10
-150
Figure 19 : Etat de charge de la batterie
-200
-250
0
La tension du bus continu des onduleurs élevait par
l’hacheur à 500 V, permettant ainsi, d’avoir un plus faible
courant (donc moins de pertes) pour une même puissance
demandée. La tension du bus augmente lors des phases
d’accélération et de récupération au freinage.
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
Temps (sec)
2
4
x 10
Figure 22 : Courant Ias statorique du moteur électrique
Courant I as statorique de la Génératrice (A)
400
300
Tension du convertisseur DC/DC (Volt)
Tension du convertisseur DC/DC (Volt)
200
Courant (A)
La tension délivrée/reçue par la batterie elle est maintenue
autour de 220 V, pour les phases d’accélération, la tension
chute au-dessous de 220 V pour alimenter le moteur et pour
les phases de décélération, la batterie se recharge en
récupèrent l’énergie du freinage.
100
0
-100
-200
-300
560
-400
540
-500
0
520
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
Temps (sec)
1.8
2
4
x 10
Figure 23 : Courant Ias statorique de la génératrice
500
480
460
440
420
400
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Temps (sec)
Figure 20 : Tension du Bus Continu
1.6
1.8
2
4
x 10
Dans les variations des couples électromagnétiques des
moteurs.
Nous soulignons d’abord, un couple moteur élevé pendant
le démarrage. Les moteurs maintiennent ces couples
électromagnétiques élevées de l’arrêt jusqu’à la stabilisation
de leurs vitesses. A ce moment la, les couples moteurs
commencent à diminuer puis ils se stabilisent à leur tour.
Couple Electromagnétique Ce du moteur électrique
Vitesse du moteur thermique (rpm)
300
1400
Ce du moteur électrique ( Mes)
Ce du moteur électrique ( Réf)
200
1200
Vitesse (rpm)
Couple (N.m)
1000
100
0
-100
800
600
400
200
-200
0
-300
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
Temps (sec)
-200
0
2
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Temps (sec)
4
x 10
Figure 24 : Couple Electromagnétique Ce du moteur Electrique
Figure 28 : Vitesse du moteur thermique (rpm)
Couple Electromagnétique Ce de la Génératrice
100
La stratégie de commande choisit la meilleure répartition
de puissance entre le moteur électrique la génératrice et la
batterie.
Cette stratégie a permis de garder le moteur électrique
toujours alimenté sans épuiser la batterie et permettre sa
recharge dans les décélérations cela permet principalement
d’utiliser le moteur thermique au meilleur de son rendement
et de réduire les émissions d’oxydes de carbone et même de
les supprimer notamment par un démarrage tout électrique.
Couple (N.m)
50
0
-50
Ce de la Génératrice (Mes)
Ce de la Génératrice (Réf)
-100
-150
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
Temps (sec)
2
4
x 10
Figure 25 : Couple Electromagnétique Ce de la génératrice
L’allure de la vitesse (RPM) du moteur électrique est
identique à celle du véhicule cela est dû au mode tout
électrique qui domine la traction du véhicule.
Vitesse du rotor du moteur électrique (rpm)
600
500
Vitesse (rpm)
400
300
200
100
0
-100
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
Temps (sec)
2
4
x 10
Figure 26 : Vitesse du rotor (rpm ) du moteur électrique
L’allure de la vitesse (RPM) de la génératrice est
identique à celle de la figure qui illustre la vitesse du moteur
thermique cela est expliqué par l’architecture mixte du
véhicule hybride utilisé, ou la génératrice est entrainée par le
moteur thermique.
Vitesse du rotor de la Génératrice (rpm)
3000
2500
Vitesse (RPM)
2000
1500
1000
500
0
-500
-1000
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
Temps (sec)
Figure 27 : Vitesse du rotor (rpm) de la génératrice
1.8
2
4
x 10
IV. CONCLUSION
L’objectif de cet article est de modéliser de
commander et de simuler un véhicule électrique hybride, le
modèle conçu à permis l’étude du comportement du véhicule
face à l’ajout d’une deuxième source d’énergie,
l’architecture employée ainsi que la stratégie de commande
permettent d’avoir un partage de puissance très favorable au
niveau de la consommation du carburant car au-dessous de
50km/h , le véhicule est largement capable de rouler en
mode tout électrique en gardant le moteur thermique éteint ,
au-delà de cette vitesse ,la stratégie de commande hybride
arrive à propulser le véhicule en utilisant la double
motorisation électrique et thermique sous la contrainte du
niveau de charge de la batterie ,
Pour effacer de problème on a eu recours à la récupération
de l’énergie du freinage, la génératrice assiste elle aussi pour
fournir de l’énergie électrique son rôle consiste à convertir la
puissance mécanique fournie par le moteur thermique.
Les simulations faites sous Simulink/Matlab
montrent un véhicule stable qui suit le cycle de conduite
imposé, le choix des composants et les avancées
technologiques en matière d’électronique, électronique de
puissance et d’automatique ont facilité l’intégration d’une
énergie propre aux sein des véhicules traditionnels, Nous
avons indiqué, dans cette article , l’importance de la gestion
d'énergie car la disponibilité au bord du véhicule de deux
types d'énergies impose un partage efficace qui servira à
rouler sans contraintes , reste à dire que la grande
observation faite au long de ce travail est qu’une mauvaise
stratégie de gestion énergétique nous conduit vers un
véhicule hybride électrique qui pollue plus que son
homologue conventionnel , cela nous oblige à doubler les
efforts pour concevoir les véhicules capables d’arriver au but
« zéro émissions »
V. REFERENCES
[1] Lhomme Walter Novembre 2007 Thèse de Doctorat : Gestion
D’énergie De Véhicules Electriques Hybrides Basée Sur La Représentation
Energétique Macroscopique.
[2] Guenidi Sif Eddine.Mémoire de Magistère 2011 : Modelisation,
Commande Et Gestion De L’énergie D’un Véhicule Electrique Hybride,
Ecole Nationale Polytechnique d’Alger.
[3] Ali Emadi, Yimin Gao and Mehrdad Ehsani 2010 .Modern Electric,
Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles Second Edition
[4] Bailly, Guillaume 2006. Simulation multi-domaines d'un système de
propulsion hybride électrique sous l'environnement Matlab / Simulink.
Mémoire de maîtrise électronique, École de technologie supérieure.
[5] Oliver.,T 2009 Olivier Tremblay Louis-A.Dessaint Experimental
Validation of a Battery Dynamic Model for EV Application Electrical
Engineering Dep, Ecole de Technologie Superieure Canada.2009
[6]Staunton., R 2006 Staunton (r. h.), Ayers (c. w.), Chiasson (j. n.),
Burres s (b. a.),Marlino (l. d.). – Evaluation of 2004 Toyota Prius Hybrid
Electric Drive System.– Technical Report Oak Ridge National Laboratory
(ORNL). – May 2006, no. ORNL/ TM-2006/423, 86 p. reference of July
2007. <URL: http://www.osti.gov/energycitations/>.