Projet

Résumé

Le système de stockage d’énergie utilisé dans les véhicules électriques ou hybrides rechargeables reste le maillon faible : très coûteux, limité en autonomie, lent à la recharge. Aujourd’hui, l’axe principal de progrès est sans nul doute basé sur le développement de systèmes de stockage d’énergie embarqués. L'une des solutions prometteuses proposées par les constructeurs automobiles et les chercheurs scientifiques est l'hybridation des sources d'énergie. L'objectif particulier de cette solution est de combiner deux technologies de stockage complémentaires, ou pour être plus précis, une technologie de haute énergie spécifique pour la source principale d'une part et une technologie de haute puissance spécifique d'autre part comme deuxième technologie. Cette hybridation nous permet d'exploiter les avantages des deux composants de stockage et donne des degrés de liberté lors de la conception du système.

Contexte et enjeux

Les stockeurs actuels ne permettent pas d’atteindre à la fois une bonne autonomie et une puissance embarquée compatible avec les performances souhaitées d'un véhicule électrique (par exemple, les exigences d'accélération et de charge ainsi que les exigences de durée de vie de la batterie). Des voies d’amélioration de leurs performances sont envisageables par utilisation de sources secondaires de puissance, comme les supercondensateurs. Cette solution repose principalement sur l’association d’un stockeur orienté énergie et d’un autre orienté puissance, où la répartition de puissance est gérée par un ou des convertisseurs de puissance. L’hybridation des sources permet d’avoir des solutions de stockage d’énergie hybrides « Hybrid Energy Storage Systems HESS » qui sont plus performantes que les versions dites mono-sources, que ce soit d’un point de vue performance électrique, compacité, durée de vie ou coût global d’utilisation. Pour les HESS, le choix d'une stratégie adaptée de gestion de l'énergie (EMS) est nécessaire pour assurer une performance optimale de l'ensemble de la chaîne de traction électrique.

Objectifs du projet permettant de répondre à la problématique identifiée

L'objectif principal est d'optimiser le coût de possession (TCO ou Total Cost of Ownership) d'un VE en améliorant la durée de vie de la batterie et l'utilisation d'une machine synchrone à réluctance variable.

Le projet vise à renforcer le transfert de connaissances, la mise en réseau et la collaboration entre les entreprises et les établissements d'enseignement supérieur. Sur la base de ces idées, les objectifs spécifiques sont:

Mise au point de la bonne combinaison technique de la batterie et de la machine électrique, ce qui permet au VE d'être accepté par les clients.
Évaluation de l'influence des stratégies de gestion de l'énergie sur le dimensionnement et la durée de vie d'une source HESS (Hybrid Energy Storage System).
Développement de stratégies intelligentes de gestion de l'énergie basées sur des algorithmes prédictifs afin d'améliorer la durée de vie des batteries.
Sélection et conception d'un convertisseur de puissance compact pour HESS composé de batteries li-ion et d'un supercondensateur.
Développement d'un contrôle optimal pour les machines synchrones à réluctance variable, tout en minimisant l'impact des harmoniques de courant sur la durée de vie de la batterie.
Construction d'un banc d'essai à petite échelle de traction électrique basé sur une source hybride batteries/supercondensateurs et une machine synchrone à réluctance variable.
Développement d'un modèle holistique pour la gestion de l'énergie et de prédiction de la durée de vie de la source hybride.
Raffinement et validation du modèle de batterie développé pour les batteries en utilisant des tests de cyclage et d'impédance programmée, combinés avec d'autres méthodes in situ.
Développement d'équipements de test dédiés au diagnostic avancé in situ des batteries pour le vieillissement des cellules.
Prédiction de la durée de vie des batteries Li-ion et leur comparaison en utilisation hybride et monosource.

Système proposé

La solution proposée sera basée sur l'utilisation d’une source hybride combinant les avantages de deux technologies complémentaires en termes de puissance spécifique et de densité d'énergie, comme le montre la figure ci-dessous. Le système sera composé d’une batterie li-ion et des supercondensateurs. Un convertisseur de DC/DC bidirectionnel sera nécessaire du côté des supercondensateurs afin d'assurer le partage de puissance entre les deux stockeurs. Ce système est couplé à une machine synchrone à réluctance variable sans aimants permanents qui sera utilisée pour la traction du véhicule. Cette machine est couplée à un convertisseur DC/AC pour contrôler la vitesse du véhicule électrique.

Identification du projet

Durée du projet

Le consortium

Le consortium s'appuie sur trois partenaires académiques principaux (INSA Strasbourg, Hochschule Karlsruhe et Hochschule Trier) et trois partenaires associés (Centrale Lille, Université de Nantes et Sheffield Hallam University), aux compétences complémentaires. La CCI soutiendra les activités de diffusion du projet VEHICLE auprès des industriels en France et dans le Rhin supérieur grâce à leur proximité avec les entreprises du Bade-Wurtemberg en Allemagne. En Rhénanie-Palatinat, Commercial Vehicle Cluster - Nutzfahrzeug GmbH (CVC - Südwest Kaiserlautern) sera associé et servira de relais aux entreprises du secteur automobile membres.