Search

V2V fast charging enables to recharge an electric vehicle by partially discharging one or several other electric vehicles having an excess of energy. The use of a fleet of carsharing electric vehicles as energy providers allows the carsharing operator to make additional profits when they are not rented. Moreover, the recharge of the fleet can be achieved at lower power than the V2V power transfer. Therefore the grid connection required to provide fast charging is reduced, which can mitigate the necessary grid upgrades. Besides, the lower power demand of the station could reduce the impact of electric vehicle charging at hours of peak power demand on the grid.This thesis is a collaboration between Institut Vedecom and L2EP Laboratory. In a first part, the goal is to build a simulation model of the coupled carsharing/V2V system, in order to assess the benefits for the actors of the grid, namely the Distribution Service Operator and the Transport Service Operator. In a second part, the design of a power converters architecture to control power flow between the vehicles involved and the grid is proposed and its experimental validation is achieved.; La recharge rapide Vehicle-to-vehicle (V2V) permet de recharger un véhicule électrique en manque d'autonomie en déchargeant partiellement un ou plusieurs véhicules électriques avec un surplus d'énergie. L'utilisation d'une flotte de véhicules électrique partagés pour la décharge permettrait à son gestionnaire de les valoriser lorsqu'ils ne sont pas utilisés pour le transport. De plus, la recharge des véhicules partagés peut se réaliser à une puissance plus faible que la puissance fournie en recharge rapide, ce qui permet de réduire la puissance de raccordement nécessaire au réseau de distribution, et les renforcements éventuels de ce dernier. Cette réduction de l’appel de puissance pourrait par ailleurs limiter l’impact des recharges sur le réseau aux heures de forte demande en électricité.Cette thèse s'inscrit dans une collaboration entre l'Institut Vedecom et le Laboratoire de Génie Electrique et d'Electronique de Puissance (L2EP). Dans une première partie, l’objectif est d'analyser à l’aide d’un modèle de simulation les bénéfices apportés par le V2V pour les acteurs du réseau électrique, à savoir le gestionnaire du réseau de distribution et de transport. Dans un second temps, la conception d'une architecture d'électronique de puissance permettant le pilotage du transfert d'énergie entre les véhicules, ainsi que sa validation expérimentale, sont réalisées.

The project developed in the framework of this thesis is part of a more global and ambitious research program that aims at proposing a new type of goods management system in urban centers. In order to do so, the project aims to approach the management of goods from a systemic point of view, by integrating the management into the field of Intelligent Goods Transport Systems (ITS). This systemic vision of the management of goods in urban areas requires the use of electric and autonomous vehicles to ensure the tasks of delivery and collection of goods. In addition, these vehicles will be able to use the existing public transport network of the cities to move from an urban distribution center (UDC) to the final delivery points. Finally, still concerning electric and autonomous vehicles, the systemic vision of ITS implies to integrate in the optimization process, for the delivery and collection of goods, all the intrinsic characteristics specific to the implemented technologies such as the battery electric vehicle (BEV) and the autonomous vehicles., Le projet développé dans le cadre de cette thèse s'inscrit dans un programme de recherche plus global et ambitieux qui vise à proposer un nouveau type de système de gestion de marchandises en centre urbain. Pour ce faire, le projet ambitionne d’aborder la gestion des marchandises d’un point de vue systémique, en intégrant la gestion au domaine des Systèmes de Transport de Marchandises Intelligent (STI). Cette vision systémique de la gestion des marchandises en zone urbaine passe par l’emploi de véhicule électrique et autonome pour assurer les tâches de livraison et d’enlèvement de marchandises.De plus, pour circuler, ces véhicules auront la possibilité d’utiliser le réseau de transport public existant des villes, pour se déplacer depuis un centre de distribution urbain (CDU) vers des points de livraison finaux. Enfin, toujours concernant les véhicules électriques et autonomes, la vision systémiques des STI implique d’intégrer au processus d’optimisation, pour la livraison et l’enlèvement des marchandises, l’ensemble des caractéristiques intrinsèques propres aux technologies mise en œuvre telles que le véhicule électrique à batterie (VEB) et les véhicules autonomes.

In the scientific literature, the energy consumption of battery electric vehicles is usually estimated by considering only the traction subsystem. However, this approach cannot consider the impact of climatic conditions on the energy consumption (and driving range). Indeed, ambient conditions have an impact on the performances of Li-ion batteries, on the power required for traction and on the energy consumption of the comfort subsystem. The combined product of these effects can strongly reduce the driving range of these vehicles. This fact represents an obstacle to the development of electric vehicles in the automotive market, especially in regions with very harsh winters (e.g., Canada). In this context, a collaboration between the University of Lille (France) and the University of Québec à Trois-Rivières (Canada) has been stablished to study the impact of climatic conditions on the energy consumption of electric vehicles.The objective of this thesis is to develop a flexible simulation tool of an electric vehicle in its environment. The tool should make it possible to study the energy performance of these vehicles over a wide range of climatic conditions. To achieve this goal, an interconnection of models from different physical domains (electrical, mechanical and thermal) is performed, following a systemic approach. The considered models correspond to the traction, thermal comfort and energy storage subsystems. The Energetic Macroscopic Representation formalism is used to organize and interconnect models of the different subsystems of the vehicle, as well as its environment. The considered ambient factors are the temperature, relative humidity and sky conditions. The validity of the simulation tool is verified with experimental tests on a real electric vehicle between -5 °C and 30 °C.The applicability of the tool is demonstrated by performing three studies on the energy consumption of an electric vehicle under different driving profiles and ambient conditions. The first study is the estimation of the individual energy impact of the considered ambient conditions on each subsystem of an electric vehicle. The second study is the estimation of the yearly variation of the energy consumption in a Canadian climate. Finally, the last study is an evaluation of the energy benefits of preheating in winter.; Dans la littérature scientifique, la consommation d'énergie des véhicules électriques à batterie est généralement estimée en ne considérant que le sous-système de traction. De plus, cette approche ne peut pas prendre en compte tous les impacts des conditions climatiques sur la consommation (et sur l’autonomie). En effet, les conditions ambiantes ont un impact sur les performances des batteries Li-ion, sur la puissance nécessaire pour la traction et sur la consommation d'énergie du sous-système de confort. Le produit combiné de ces effets peut réduire considérablement l'autonomie de ces véhicules. Ce fait constitue une contrainte au développement des véhicules électriques sur le marché automobile, notamment dans des régions aux hivers très rigoureux (exemple du Canada). Dans ce cadre, une collaboration entre l'Université de Lille (France) et l'Université du Québec à Trois-Rivières (Canada) a été établie pour étudier, entre autres, l'impact des conditions climatiques sur la consommation d'énergie des véhicules électriques.L’objectif de cette thèse en cotutelle est de développer un outil de simulation flexible d’un véhicule électrique dans son environnement. L’outil doit permettre d’étudier les performances énergétiques de ces véhicules sur une large plage de conditions climatiques. Pour atteindre cet objectif, une interconnexion des modèles de différents domaines de la physique (électrique, mécanique et thermique) est réalisée, en suivant une approche systémique. Les modèles considérés correspondent aux sous-systèmes de traction, de confort thermique et de stockage (avec le chargeur de batteries). Le formalisme Représentation Énergétique Macroscopique est utilisé pour organiser et interconnecter de façon causale les modèles des différents sous-systèmes, ainsi que de l’environnement du véhicule. Les facteurs ambiants considérés dans l’outil sont la température, l’humidité relative et les conditions du ciel. De plus, la validité de l’outil est vérifiée avec des tests expérimentaux sur une voiture réelle entre -5 °C et 30 °C.La pertinence de l’outil est mise en évidence avec la réalisation de trois études sur la consommation d’énergie d’un véhicule électrique sous différents profils de conduite et conditions ambiantes. La première étude est l’estimation de l’impact énergétique individuel des conditions ambiantes considérées sur chaque sous-système d’un véhicule électrique. La deuxième étude est l’estimation de la variation annuelle de la consommation d’énergie dans un climat canadien. Enfin, la dernière étude est une évaluation des avantages énergétiques du préchauffage en hiver.

Rami Troudi's thesis research work addresses three problematics:- the first is to design a three-phase multilevel inverter for applications based on renewable energies connected to the power grid, or for electric motor drive of electric vehicles. In the first application, the use of multilevel arms greatly limit the coupling inductances with the power grid, while in the second application, the torque delivered by the motor is of better quality.- the second is to design a DC-DC converter structure having only one DC source destinated to supply this multilevel inverter.- the third is the design of a real-time control architecture based on microcontrollers leading to a large capacity of evolution and calculation and an ease industrialization.The thesis manuscript is organized into four chapters.The first chapter presents a state of art of multilevel inverter structures. This technology is becoming an important research topic today. This chapter gives the advantages and disadvantages of each conventional multilevel inverter topology as well as the new topologies with a reduction in the number of components. This chapter also give a reviews of the state of art of chopper structures with one or multiple inputs-outputs (MISO, MIMO and SIMO). This chapter also presents the advantages and the disadvantages of each family of structure with their regulation. The end of the chapter presents the new topologies retained for the multilevel inverter and the SIQO chopper (one input-four outputs).The second chapter is devoted to the presentation of the structure of the proposed multilevel inverter, as well as to the study of its mode of operation, its close control device and its use in a closed loop application. This chapter shows that this structure has the advantage of minimizing losses in power components by having, at any time, few components that conduct the current of each arm, which allows to increase its efficiency. In addition, this chapter shows the simplicity of the used close control of the inverter employing a very simple algorithm. Experimental tests are given at the end of the chapter after the description of the test bed.The third chapter discusses in detail the structure of the SIQO DC-DC converter used to supply the multilevel inverter, its operation mode, its modeling and the development of a multi-input multi-output (MIMO) control. This structure is designed from a coupling of the SEPIC structure with the buck-boost structure and the doubling of each output by a switching system which leads to obtain four outputs from a single DC input. Each structure (SEPIC and buck-boost) manages two outputs with the calculation of two duty cycles. For this, a control synthesis based on an Hinfini method is presented to be robust to the variations of the currents and the changes of the setpoint. The results of the experimental tests are given at the end of the chapter after the description of the test bed.Chapter four discusses the development of one architecture based on multi-microcontroller system. This structure is applied to the control of the three-phase multilevel inverter. This chapter describes all the functions that compose this architecture at the hardware and software level. The distribution of the hardware and algorithmic needs several microcontrollers makes it easier to evolve the demands for additional functions, namely the diagnosis and reconfiguration of an arm, as well as the addition of the active filtering function. This architecture is based on SPI (Serial Peripheral Interface) bus communication which allows rapid exchanges between the microcontrollers and also towards an HMI (human-machine interfaces) system., Les travaux de recherche de la thèse de Rami Troudi répondent à trois problématiques :-la première est de concevoir un onduleur triphasé multiniveau pour des applications à base d’énergies renouvelables connectées au réseau de distribution, ou pour la motorisation des véhicules électriques. Dans la première application, l’utilisation de bras multiniveau limite fortement les inductances de couplage avec le réseau tandis que dans la deuxième application, le couple délivré par le moteur est de meilleure qualité.-la deuxième consiste à concevoir une structure de convertisseur DC-DC permettant de n’avoir qu’une seule source continue pour alimenter cet onduleur multiniveau. -la troisième est la conception d’une architecture de commande temps réel à base de microcontrôleurs permettant d’avoir une grande capacité d’évolution et de calcul et une facilité d’industrialisation.Le manuscrit de la thèse est organisé en quatre chapitres. Le premier chapitre présente un état de l’art des structures d’onduleur multiniveau. Cette technologie est devenue aujourd’hui un thème de recherche important. Ce chapitre donne les avantages et les inconvénients de chaque topologie d’onduleur multiniveau conventionnel ainsi que les nouvelles topologies permettant une réduction du nombre de composants. Ce chapitre fait aussi un état de l’art des structures de hacheurs avec une ou plusieurs entrées-sorties (MISO, MIMO et SIMO). Ce chapitre présente aussi les avantages et les inconvénients de chaque famille de structure avec leur commande. La fin du chapitre présente les nouvelles topologies retenues pour l’onduleur multiniveau et le hacheur SIQO (une entrée-quatre sorties).Le deuxième chapitre est consacré à la présentation de la structure de l’onduleur multiniveau proposé, ainsi qu’à l’étude de son mode de fonctionnement, de sa commande rapprochée et de son utilisation dans une application en boucle fermée. Ce chapitre montre que cette structure a l’avantage de minimiser les pertes dans les composants de puissance en ayant, à chaque instant, peu de composants qui conduisent le courant de chaque bras, ce qui permet d’augmenter son rendement. En plus, ce chapitre montre la simplicité de la commande rapprochée de l’onduleur en utilisant un algorithme très simple. Des essais expérimentaux sont donnés à la fin du chapitre après le descriptif de la maquette d’essai.Le troisième chapitre traite en détail la structure du convertisseur DC-DC SIQO utilisé pour alimenter l’onduleur multiniveau, son mode de fonctionnement, sa modélisation et le développement d’une commande multi-entrée multi-sortie (MIMO). Cette structure est conçue à partir d’un couplage de la structure SEPIC avec la structure à accumulation magnétique et du dédoublement de chaque sortie par un système d’aiguillage qui permet ainsi d’obtenir quatre sorties à partir d’une seule entrée DC. Chaque structure (SEPIC et à accumulation) gère deux sorties avec le calcul de deux rapports cycliques. Pour cela, une synthèse d’asservissement basée sur une méthode H_∞ est présentée pour être robuste aux variations des courants et aux changements de consigne. Les résultats des essais expérimentaux sont donnés à la fin du chapitre après le descriptif de la maquette d’essai.Le chapitre quatre aborde le développement de l’architecture de commande à base de microcontrôleurs. Cette structure est appliquée au contrôle de l’onduleur triphasé. Ce chapitre décrit toutes les fonctions qui composent cette architecture au niveau matériel et logiciel. Le fait de répartir les besoins matériels et algorithmiques sur plusieurs microcontrôleurs permet de faciliter l’évolution des demandes de fonctions supplémentaires à savoir le diagnostic et la reconfiguration d’un bras, ainsi que l’ajout de la fonction de filtrage actif. Cette architecture repose sur une communication par bus SPI (Serial Peripheral Interface) qui permet des échanges rapides entre les microcontrôleurs et aussi vers un système IHM (Interface Homme Machine).

In order to cope with environmental problems and climate change, electric vehicles (EVs) gain the ever booming development in recent years. From the point of view of energy storage, because of their high energy / power density and their extended lifespan, it is essentially the lithium-ion battery (LIB) technology which is the most used power unit for EVs. Doubtlessly, the reliability of LIBs is of vital importance for the development of EVs. To this end, this thesis is dedicated to the algorithmic development of battery state and parameter estimation as well as incipient short-circuit diagnosis. The battery state and parameter estimation, which can also be termed as battery monitoring, is a critical part in the so-called health conscious energy management strategy for electric or hybrid electric vehicle. Premature aging can be avoided through the accurate battery state estimation such as state of charge (SOC) and state of health (SOH). Furthermore, as the thermal runaway (TR) can be ultimately attributed to short-circuit (SC) electrical abuse, therefore, effective battery incipient SC detection can give an early warning of TR. The main contribution of this thesis lies in the theoretical and methodological aspects in the domain of battery monitoring and incipient SC diagnosis.; Les véhicules électriques (VEs) connaissent un développement en plein essor ces dernières années pour faire face aux problèmes environnementaux et aux dérèglements climatiques. Du point de vue du stockage de l'énergie, c'est essentiellement la technologie des batteries lithium-ion (LIB) qui est la plus utilisée pour d'alimentation des véhicules électriques compte tenu de leur haute densité d'énergie / puissance et de leur longue durée de vie. La fiabilité des LIBs est sans aucun doute d'une importance fondamentale pour le développement des VE. Dans cet objectif, les travaux de thèse s'inscrivent dans le développement des algorithmes dédiés à l'estimations des états de la batterie ainsi qu'au diagnostic de court-circuit naissant. L'estimation des états de la batterie, qui peut également être qualifiée de surveillance de la batterie, est un élément indispensable de la stratégie de gestion de l'énergie d'un véhicule électrique ou hybride. Par ailleurs, le vieillissement prématuré peut être évité grâce à la surveillance des états de batterie telles que l'état de charge (SOC) et l'état de santé (SOH). De plus, étant donné que l'emballement thermique (TR) peut être la conséquence d'un défaut de court-circuit (SC) électrique, de ce fait, une détection efficace de SC naissant de la batterie peut donc donner une alerte protectrice de TR. La principale contribution de cette thèse réside dans les aspects théoriques et méthodologiques dans le domaine de la surveillance de la batterie et du diagnostic SC naissant.

Fast charging of batteries is a major challenge for the development of electric vehicles. A deployment of high power chargers is underway. These high power levels motivate research on batteries, with the aim of significantly reducing their charging times.For a battery cell of given characteristics, the charging power is limited by electrical, thermal and lifetime considerations. This thesis then wishes to make a contribution to the reduction of the charging time, by taking a numerical approach including modeling, simulation and optimization. It also compares 4 cell references of different materials and different energy densities.First, models of the electrical, thermal and aging behavior of a cell are developed separately, then coupled. In a systematic way, the models are presented, their calibration procedures are described, and they are compared with experimental data. Particular attention is paid to the effect of high current regimes under different thermal conditions. This made it possible to extend their respective domains of validity.Then, an accelerated aging campaign is carried out on 3 cell references. It compares the effect of the charging current, the end-of-charge voltage and different thermal conditions on the degradation, within the framework of a reference charging protocol. The results made it possible to identify several strategies for reducing the charging time, regarding the choice of a cell reference, thermal management, and the optimization of the charging protocol.This last strategy is finally studied. A method of definition of a charge protocol, containing several stages of constant current, is developed based on numerical optimization. The method makes uses the electro-thermal model implemented. It is then used to define 5 optimized charging protocols which are subjected to accelerated aging tests. The degradation is compared to that observed for the reference charging protocol. Under comparable conditions with the reference protocol, the optimized protocols make it possible to reduce the charging time and/or the degradation.; La charge rapide des batteries est un enjeu majeur pour le développement de l’automobile électrique. Côté infrastructure, un déploiement de chargeurs de haute voire très haute puissance est en cours. Ces hautes puissances motivent une recherche sur les batteries, dans l’objectif de réduire significativement leurs durées de charge.Pour une cellule de batterie de caractéristiques données, la puissance de charge est limitée par des considérations électriques, thermiques et de durée de vie. Cette thèse souhaite alors apporter une contribution à la réduction du temps de charge, par une approche numérique de modélisation, simulation et optimisation. Elle compare également 4 références de cellules de différents matériaux et différentes densités d’énergie.Tout d’abord, des modèles du comportement électrique, thermique et de vieillissement d’une cellule sont développés séparément, puis couplés. De manière systématique, les modèles sont présentés, leurs procédures de calibration sont décrites, et ils sont comparés à des résultats expérimentaux. Une attention particulière est portée à l’effet des forts régimes de courant dans différentes conditions thermiques. Ceci a permis d’étendre leurs domaines de validité respectifs.Ensuite, une campagne de vieillissement accéléré est réalisée sur 3 références de cellules. Elle compare l’effet du courant de charge, de la tension de fin de charge et de différentes conditions thermiques sur la dégradation, dans le cadre d’un protocole de charge référence. Les résultats ont permis d’identifier plusieurs stratégies pour la réduction du temps de charge, au niveau du choix d’une référence de cellule, de la gestion thermique, et de l’optimisation du protocole de charge.Enfin, cette dernière stratégie est étudiée. Une méthode de définition par optimisation numérique d’un protocole de charge à plusieurs niveaux de courant constant est développée. Elle se base sur le modèle électro-thermique mis en place. La méthode est utilisée pour définir 5 protocoles de charge optimisés qui sont soumis à des essais de vieillissement accéléré. La dégradation est ensuite comparée à celle observée pour le protocole de charge référence. Dans des conditions comparables au protocole référence, les protocoles optimisés permettent de réduire le temps de charge et/ou la dégradation.

The intermittent control aims to increase the efficiency of the machine-converter system by reducing the losses. In the purpose to maintain the average torque of the machine required by the load, this control increases the reference torque and turns off some phases during each electrical period or each mechanical period. By this fact, it reduces the converter losses and the ferromagnetic losses of the machine. It also has a freedom in the selection of the activated phases which influences the generated frequencies of the current, the radial force and the torque. Therefore, this strategy of the intermittent control, which is called sliding strategy, can avoid the excitation of the natural frequencies of the stator, or those of the drivetrain. It aims to reduce the negative effects of the intermittent control vis-à-vis the vibration of the stator and the pulsation of the drivetrain which are respectively at the origins of acoustic noise and mechanical jerks. Finally, the intermittent control is validated on driving cycles and can save up to 5.17 % of the consumed electrical energy.; La commande intermittente a pour but principal d'augmenter le rendement de l'ensemble machine-convertisseur par une réduction des pertes. Dans le but de maintenir le couple moyen de la machine requis par la charge, cette commande augmente le couple de référence et éteint quelques phases pendant chaque période électrique ou chaque période mécanique. Par ce fait, elle réduit les pertes du convertisseur et les pertes ferromagnétiques de la machine. Elle dispose également d'une liberté de sélection des phases activées qui influence des fréquences générées du courant, de la force radiale et du couple. Par conséquent, cette stratégie de la commande intermittente, qui est appelée le glissement, peut éviter l'excitation de fréquences naturelles du stator, ou bien celles de la chaine cinématique. Elle a pour but de réduire les effets négatifs de la commande intermittente vis-à-vis de comportements vibratoire du stator et pulsatoire de la chaine cinématique qui sont respectivement à l'origine du bruit acoustique et des à-coups mécaniques. En fin, la commande intermittente est validée sur des cycles de conduite et peut économiser jusqu’à 5,17 % de l’énergie électrique consommée.

Even being far from spared by the new challenges, the automotive sector is at the heart of changes as it produces near to 22% of greenhouse gas emissions and it is responsible for air pollution and global warming. So, moving towards electricity productions based on green/clean energy has become increasingly important. The fuel cell (FC) produces electrical energy from hydrogen and oxygen without the release of pollutants. Its use in the automotive sector is therefore considered in the long term to address the problem of sustainable mobility. However, some issues are still arising because of the low voltage produced at the fuel cell output. Subsequently, a DC/DC converter becomes essential to rise up this voltage to the suitable level of the DC bus voltage. In order to fulfill all requirements for electrical vehicle applications using fuel cell as main energy, the interleaved boost DC/DC and isolated DC/DC converters were adopted to provide better performance: low mass and small volume, high energy efficiency, high power density, low cost, low electromagnetic distribution and reduced current ripple in order to lengthen the fuel cell life. This research work focuses on the design and realization of two new topologies of DC / DC power converters that interface a fuel cell to the drive system of an electric vehicle. The first converter is the parallel resonant dc/dc boost converter which provides a wide voltage range for the DC bus and it offers protection for the fuel cell. The second converter is the interleaved DC /DC boost converter which ensures the minimization of the output current ripple of the fuel cell and guarantees the reliability of the system., Le secteur automobile, loin d’être épargné par ces nouveaux challenges, se retrouve même au cœur des changements, étant donné qu’il contribue à 22 % des émissions de gaz à effet de serre, responsables de la pollution atmosphérique et du réchauffement climatique. Ainsi, la nécessité de s’orienter vers des ressources énergétiques alternatives au pétrole, a engendré l’électrification progressive des véhicules. La pile à combustible (PAC) produit del’énergie électrique à partir d’hydrogène et d’oxygène sans rejets de polluants. Son utilisation dans le secteur automobile est donc envisagée à long terme pour répondre au problème de mobilité durable. Cependant, certaines questions sont toujours en attente, en particulier sur la faible tension produite à la sortie de la pile à combustible. En conséquence, un convertisseur DC/DC est indispensable pour élever cette tension jusqu’au niveau de tension du bus continu. Afin d’être optimaux, les convertisseurs DC/DC Boost entrelacés et les convertisseurs DC/DC isolés doivent répondre à de nombreuses exigences dans les applications véhicule électrique à pile à combustible à savoir : faible masse et petit volume, haute efficacité énergétique, haute densité de puissance, faible coût, faible perturbationélectromagnétique…Cette thèse a comme objectif de concevoir et réaliser deux nouvelles topologies des convertisseurs de puissance DC/DC qui interfacent une pile à combustible au système d’entrainement d’un véhicule électrique. Le premier convertisseur appelé DC/DC à résonance parallèle est basée sur l’adoption d’un niveau de tension variable du bus continu et assure la protection de la pile à combustible. Le deuxième nommé DC/DC Boost entrelacé assurant la minimisation des ondulations de courant de sortie de la pile à combustible et permettant de garantir la fiabilité du système.

The intermittent control aims to increase the efficiency of the machine-converter system by reducing the losses. In the purpose to maintain the average torque of the machine required by the load, this control increases the reference torque and turns off some phases during each electrical period or each mechanical period. By this fact, it reduces the converter losses and the ferromagnetic losses of the machine. It also has a freedom in the selection of the activated phases which influences the generated frequencies of the current, the radial force and the torque. Therefore, this strategy of the intermittent control, which is called sliding strategy, can avoid the excitation of the natural frequencies of the stator, or those of the drivetrain. It aims to reduce the negative effects of the intermittent control vis-à-vis the vibration of the stator and the pulsation of the drivetrain which are respectively at the origins of acoustic noise and mechanical jerks. Finally, the intermittent control is validated on driving cycles and can save up to 5.17 % of the consumed electrical energy., La commande intermittente a pour but principal d'augmenter le rendement de l'ensemble machine-convertisseur par une réduction des pertes. Dans le but de maintenir le couple moyen de la machine requis par la charge, cette commande augmente le couple de référence et éteint quelques phases pendant chaque période électrique ou chaque période mécanique. Par ce fait, elle réduit les pertes du convertisseur et les pertes ferromagnétiques de la machine. Elle dispose également d'une liberté de sélection des phases activées qui influence des fréquences générées du courant, de la force radiale et du couple. Par conséquent, cette stratégie de la commande intermittente, qui est appelée le glissement, peut éviter l'excitation de fréquences naturelles du stator, ou bien celles de la chaine cinématique. Elle a pour but de réduire les effets négatifs de la commande intermittente vis-à-vis de comportements vibratoire du stator et pulsatoire de la chaine cinématique qui sont respectivement à l'origine du bruit acoustique et des à-coups mécaniques. En fin, la commande intermittente est validée sur des cycles de conduite et peut économiser jusqu’à 5,17 % de l’énergie électrique consommée.

Improvement of power density is a bigchallenge for embedded electric vehicle chargers.Goal of the study is to reduce the volume of the DCDCcharger which contains a bulky transformer. Thekey point is to use wide band gap transistors (GaN) toincrease the charger switching frequency. High switchingfrequency can improve power density but theinconvenient is the increase of switching and transformerlosses. The PhD dissertation is organized inthree steps. First step is the definition of a charger topology.This topology is optimized to reduce transformerlosses. Second part of the study is the theoreticaldesign of a high power density transformer. A completetransformer parametric model is presented withFinite Element Analysis. Third part present the prototypeand test results of the charger DC-DC. Electricalbehavior, volume and efficiency results are discussedin this part.Universit ´, Le but de cette thèse est de concevoirun chargeur de véhicule électrique avec une fortedensité de puissance car il doit être embarqué dansle véhicule. La thèse se focalise sur le deuxièmeétage du chargeur qui comporte un transformateur.Cet élément représente une part importante du volumetotal du convertisseur.Pour réaliser cela, une nouvelle technologie de transistorsest utilisée : les transistors GaN. Ces composantsinduisent des pertes par commutation plusfaibles que les transistors classiquement utilisés cequi permet d’augmenter la fréquence de découpage.Cette fréquence est un levier pour améliorer la densitéde puissance des convertisseurs. Cependant lafréquence est également responsable de pertes dansd’autres composants comme le transformateur et lesinductances. Pour augmenter efficacement cette densité, la topologie du convertisseur doit être conçuepour réduire les contraintes sur ces composants.La thèse comporte trois parties. Tout d’abord, lecomportement des transistors GaN est évalué etdifférentes topologies sont analysées pour en déduireune structure de chargeur qui minimise les pertesdans le transformateur. Ensuite, un dimensionnementcompact de transformateur est réalisé à l’aide d’uneétude paramétrique et des simulations par élémentsfinis. Enfin, un prototype de ce deuxième étage duchargeur est réalisé et testé pour évaluer ses performanceset son volume

Improvement of power density is a bigchallenge for embedded electric vehicle chargers.Goal of the study is to reduce the volume of the DCDCcharger which contains a bulky transformer. Thekey point is to use wide band gap transistors (GaN) toincrease the charger switching frequency. High switchingfrequency can improve power density but theinconvenient is the increase of switching and transformerlosses. The PhD dissertation is organized inthree steps. First step is the definition of a charger topology.This topology is optimized to reduce transformerlosses. Second part of the study is the theoreticaldesign of a high power density transformer. A completetransformer parametric model is presented withFinite Element Analysis. Third part present the prototypeand test results of the charger DC-DC. Electricalbehavior, volume and efficiency results are discussedin this part.Universit ´; Le but de cette thèse est de concevoirun chargeur de véhicule électrique avec une fortedensité de puissance car il doit être embarqué dansle véhicule. La thèse se focalise sur le deuxièmeétage du chargeur qui comporte un transformateur.Cet élément représente une part importante du volumetotal du convertisseur.Pour réaliser cela, une nouvelle technologie de transistorsest utilisée : les transistors GaN. Ces composantsinduisent des pertes par commutation plusfaibles que les transistors classiquement utilisés cequi permet d’augmenter la fréquence de découpage.Cette fréquence est un levier pour améliorer la densitéde puissance des convertisseurs. Cependant lafréquence est également responsable de pertes dansd’autres composants comme le transformateur et lesinductances. Pour augmenter efficacement cette densité, la topologie du convertisseur doit être conçuepour réduire les contraintes sur ces composants.La thèse comporte trois parties. Tout d’abord, lecomportement des transistors GaN est évalué etdifférentes topologies sont analysées pour en déduireune structure de chargeur qui minimise les pertesdans le transformateur. Ensuite, un dimensionnementcompact de transformateur est réalisé à l’aide d’uneétude paramétrique et des simulations par élémentsfinis. Enfin, un prototype de ce deuxième étage duchargeur est réalisé et testé pour évaluer ses performanceset son volume

This study focuses on the development of a heat storage system used to ensure passenger compartment thermal comfort in an electric vehicle. This device, called a thermal battery, is a packed bed latent heat tank filled with phase change materials (PCM). This type of material has the property of storing large amounts of latent heat in small volumes, allowing a very compact system. At the material scale, an investigation on heat transfer dynamics within several PCM was studied. A phenomenological expression which depicts the temporal evolution of the PCM temperature for a solidification phase was suggested. This allows the estimation of the material solidification duration in terms of geometric and thermal characteristics. At the system scale, a thermal battery prototype was set up and the thermal transfer dynamics during the charging and discharging phases were studied. The charging and discharging durations are fitted by power laws in terms of the flow rate; the pressure drops are insignificant. Simultaneously, a numerical model which simulates the dynamic and thermal behavior of a PCM particle fixed bed was developed and validated with the experimental data. It can be used for future prototype sizing and will also serve as a tool to optimize the performance of the battery by setting the control parameters; Ce travail porte sur le développement d’un système de stockage de chaleur en vue d’assurer le confort thermique de l’habitacle d’un véhicule électrique. Ce dispositif, appelé batterie thermique, se présente comme un réservoir composé d’un lit fixe de matériaux à changement de phase (MCP). Ce type de matériau a la propriété d’emmagasiner de fortes quantités de chaleur (latente) sous de faibles volumes, permettant d’envisager un système très compact. A l’échelle du matériau, une investigation sur la cinétique des transferts thermiques au sein de plusieurs MCPs a été évaluée. Une expression phénoménologique décrivant l’évolution temporelle de la température d’un MCP en phase de solidification a été proposée. Elle permet d’estimer la durée de solidification du matériau en fonction de ses caractéristiques géométriques et thermiques. A l’échelle du système, un prototype de batterie thermique a été réalisé et la dynamique des transferts en phase de stockage et déstockage a été étudiée. Les durées de stockage et déstockage suivent des lois de puissance avec le débit imposé ; les pertes de charges s’avèrent insignifiantes. En parallèle, un modèle numérique simulant le comportement dynamique et thermique d’un lit fixe de particules de MCP a été développé et validé sur les données expérimentales. Il pourra être utilisé pour le dimensionnement du futur prototype et servira également d’outil pour optimiser les performances de la batterie en ajustant les paramètres de contrôle

The electric vehicle (EV) market in China is booming, but Western manufacturers are struggling to deploy their models in the world’s largest automotive market. However, carbon credits generated by EV sales are necessary for the survival of their gasoline car business in this market. Thus, what are the high potential strategic opportunities for foreign manufacturers?In collaboration with Renault and based on five missions in China between 2012 and 2016, this CIFRE research first draws a state of the art of the opaque EV market in China, a market generated top-down by government initiatives and bottom-up by a low-cost and illegal EV market (Micro EV). We make a typology of models, usages, prices and deployment territories. While the subsidized market – except for premium cars – fails to appeal to consumers, it is instead at the bottom of the official market and within the illegal Micro EV market that a natural market is developing, with more than a million Micro EV sold, without purchase incentives, to private owners since 2009.In this specific institutional context and taking into account this double product and market uncertainty, we build on innovative design theories to develop a theoretical framework for strategic exploration based on the systematic combination of strategic variables and their evaluation. We identify two innovative routes not yet engaged by foreign manufacturers: "electric carsharing" and "low-cost VE".On the "electric car sharing" side, we compare Autolib’ (Paris) and United Journey (Shenzhen), two self-service stations-based systems that seem to pave the road to the mobility of the future and definitely attract the attention of Chinese authorities because of the technologies involved. However, in addition to the fragility of the business models, this opportunity seems difficult for foreign firms to pursue due to local protectionism and the complexity of public-private partnerships in China, often based on networks of informal institutions.On the "low cost EV" side, we are deepening our knowledge of the illegal micro EV market. A field survey in Shandong Province characterizes the market as well as the regulatory scenarios of its legalization. This market responds to real mobility needs in Chinese lower-tier cities. These territories’ socio-technical environments demonstrate strong compatibility with EV. There are fewer gas stations and public transportation systems than in big cities, and parking is easier. Micro EV are charged thanks to conventional 220 V outlets – which essentially solves the problem of charging infrastructures – and allow a true proximity mobility that is more efficient than electric two-wheelers. But the forces in favor of legalizing the Micro EV market have the potential to destroy it, injecting technology and standards, and thus raising prices. An opportunity, it seems, for Western players mastering design-to-cost methodologies.Finally, we characterize the globalization of Renault's EV program in China, within the triple alliance with Nissan and the Chinese partner Dongfeng, as well as the organizational ambidexterity that accompanies it. After attempts to "exploit" the existing EV range in China, the President of the Renault-Nissan Alliance initiates the launch of an "exploratory" project, Kwid EV, a low-cost EV for China. This is the opportunity for this research to contribute to the initial hypotheses about the lower-end of the Chinese EV market and to characterize the lineage hybridization that takes place at Renault, between the EV lineage (European EV) and the low-cost lineage (Kwid in India), between two disjoined parts of the organization. The world becomes a testing ground for networked innovation, with test markets like China. Then, the goal is to make this first shot succeed before reversing the innovation.; Le marché du véhicule électrique (VE) en Chine est en pleine effervescence, mais les constructeurs occidentaux peinent à y déployer leurs produits. Pourtant, les crédits d’émissions carbone générés par les ventes de VE sont nécessaires à la survie de leur business de véhicules thermiques dans ce marché. Dès lors, quelles sont les pistes stratégiques à fort potentiel pour les constructeurs étrangers ?En collaboration avec Renault et basée sur cinq missions en Chine entre 2012 et 2016, cette thèse CIFRE dresse d’abord un état de l’art de l’opaque marché du VE en Chine, à la fois généré top-down par des initiatives gouvernementales et bottom-up par des VE low-cost et illégaux, les Micro VE. Nous réalisons une typologie des modèles, des usages, des prix et des territoires de déploiement. Alors que le marché subventionné – hors haut de gamme – ne parvient pas à séduire les consommateurs, c’est en bas du marché officiel et chez les Micro VE illégaux qu’un marché naturel se développe, avec plus d’un million de Micro VE vendus sans aides à l’achat à des particuliers depuis 2009.Dans ce contexte institutionnel spécifique et face à cette double incertitude produit et marché, en appui sur les théories de conception innovante, nous développons un cadre théorique d’exploration stratégique basé sur la combinaison systématique de variables stratégiques et leur évaluation. Nous identifions ainsi deux pistes innovantes et non encore engagées par les constructeurs étrangers : « l’autopartage électrique » et le « VE low-cost ».Sur le volet « autopartage électrique », nous comparons Autolib’ (Paris) et United Journey (Shenzhen), deux systèmes en libre-service basés sur des stations qui semblent pointer vers la mobilité du futur et attirent l’attention des autorités chinoises. Toutefois, en plus de la fragilité des modèles d’affaires, cette piste semble difficile à poursuivre pour les acteurs étrangers dû aux protectionnismes locaux et à la complexité des partenariats publics-privés en Chine, souvent basés sur des réseaux d’institutions informelles.Sur le volet « VE low cost », nous approfondissons les connaissances sur le marché illégal des Micro VE. Une enquête de terrain approfondie dans la province du Shandong permet de caractériser le marché ainsi que les scenarios réglementaires de sa légalisation. Ce marché répond à des besoins véritables de mobilité dans les villes chinoises de rang inférieurs. Ces territoires montrent des environnements sociotechniques à forte compatibilité avec le VE. Il y a peu de stations essence, de transports publics et le stationnement y est facile. Les Micro VE sont chargés sur prises 220 V classiques – ce qui résout le problème d’infrastructures de charge – et permettent une véritable mobilité de proximité plus performante que les deux roues électriques. Mais les forces en faveur d’une légalisation du marché des Micro VE ont le potentiel de le détruire, injectant de la technologie et des normes, et donc augmentant les prix. Une opportunité, semble-t-il, pour les acteurs occidentaux maîtrisant le design-to-cost.Enfin, nous caractérisons la globalisation du programme VE de Renault en Chine, au sein de la triple alliance avec Nissan et le partenaire chinois Dongfeng, ainsi que l’ambidextrie organisationnelle qui l’accompagne. Après des tentatives « d’exploitation » de la gamme VE existante en Chine, le président de l’Alliance Renault-Nissan initie un projet « d’exploration », Kwid EV, un VE low cost pour la Chine. C’est l’occasion pour cette thèse de contribuer aux hypothèses initiales sur le bas du marché VE Chine et de caractériser l’hybridation de lignée qui s’opère chez Renault, entre lignée VE (Europe) et lignée low-cost (Kwid en Inde), entre deux parties de l’organisation auparavant disjointes. Le monde devient ainsi un terrain d’expérimentation pour l’innovation en réseau, avec des marchés tests comme la Chine. Il s’agit alors de réussir le premier coup avant d’innover à l’envers.

Texte intégral accessible uniquement aux membres de l'Université de Lorraine; Reducing CO2 production policies in transport and technical progress, such as electric-car batteries increase in capacity, have opened up new prospects for electric-car. Furthermore, public institutions and private groups have engaged in encouraging and accompanying electric-car deployment. Despite this favourable context for the electric vehicle development, electric-car does not exceed 1.07% of the market share of vehicles in France. This thesis studies the subject of the electric-car deployment by Usage and Innovation inputs. In other words, how the constructing use process could dialogue with the innovation process? We have formalized car’s user context by an ecosystemic representation. Then, we propose a methodology (RUI) which will be able to capture, capitalize and evaluate the three knowledges Representations (R) -before use-, Uses (U) -during use- and Instrumentalizations (I) - long-term use- constitutive of an indidividual use construction. Knowledge analysis will identify brakes and levers of electric-car emergence and conditions within they operate. It permits also to identify actors concerned by the identified use blockages. Thus, we offer the elements to develop electric-car deployment scenarios in the Sillon Lorrain territory; Les politiques de réduction de production de CO2 dans les transports et les progrès techniques, comme l’augmentation des capacités des batteries des voitures électriques, ont ouvert de nouvelles perspectives pour la voiture électrique. De plus, les institutions publiques et groupes privés se sont engagés pour inciter et accompagner du déploiement de la voiture électrique. Malgré ce contexte propice, celui-ci peine à dépasser la barre de 1,07% de part de marché des véhicules légers en France. Cette thèse prend le parti d’étudier le sujet du déploiement de la voiture électrique par les entrées « Usage» et « Innovation ». Autrement dit, comment le processus de la construction de l’usage peut-il dialoguer avec le processus d’innovation ? Après avoir éclairé le contexte de l’usager de la voiture par une représentation de son écosystème, nous proposons une méthodologie (RUI) qui sera en capacité de capter, capitaliser et évaluer les trois connaissances (les Représentations (R) -avant usage-, les Utilisations (U) -pendant usage- et les Instrumentalisations (I) -usage sur le long terme-) constitutives de la construction de l’usage chez un individu. L’analyse de ces connaissances permettra de préciser les freins et leviers à l’émergence de la voiture électrique et les conditions dans lesquelles ils agissent. Elle permettra aussi d’identifier les acteurs concernés par les blocages à l’usage de la voiture électrique. Ainsi, nous proposons les éléments constitutifs à l’élaboration de scénarios du déploiement de la voiture électrique sur le territoire du Sillon Lorrain

Over the last decade, the interest for low-carbon vehicle technologies has surged among both governments and automotive manufacturers across and beyond the European Union (EU). Great hopes have been put, first, on biofuel vehicles and more recently on electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs) as key technologies to mitigate climate change, enhance energy security and nurture new industry branches within the automotive sector. So electrification of vehicles has been seen as a key strategy to reduce CO2 emissions from the transport sector.The main challenge toward EVs and HEVs is to keep driving for longer distance (which has been always fields for competition among traction industries) as well as lifetime battery cells as storage system. As a result, these indicate importance of power converter efficiency as a key gate for next generations of these up-coming vehicles. The next parameter is the quality of output voltage/current (especially by suppressing low-order harmonics) to reduce the size of filtering.The aim of this thesis is to achieve better efficiency and output voltage/current Total Harmonic Distortion (THD) by proposing novel power converter and associated Pulse Width Modulation (PWM) methods while imposing modification on power converter topology. As a result, dual-inverter is proposed to supply open-end motor from both sides. To this aim, three PWM methods are suggested as:The first one, Modified Space Vector Modulation (MSVM) for dual-inverter supplied by single dc source, improves efficiency by 4-5% (while having lower switching losses), and reduces Common Mode Voltage (CMV) levels by 66%, as well. The voltage/current harmonics are analytically analyzed which shows mainly better performance. Effective switching frequency is also reduced by 66% due to the reduction of number of commutations.In the second one, Near State PWM (NSPWM) is adapted for dual-inverter supplied by single dc source in order to eliminate triplen harmonics (therefore Zero Sequence Voltage, ZSV) and improve efficiency (by 3-4%) compared to Space Vector Modulation (SVM). Additionally due to avoiding use of zero vectors, CMV is improved by 66%. While having 8 commutations instead of 12 in SVM, effective switching frequency is improved by 33%.And finally, the third proposed method deals with NSPWM for dual-inverter supplied by two isolated dc sources wherein efficiency and CMV levels show the same performance as previous one. However, in this method, voltage THD is highly reduced compared to SVM. Triplen harmonics of the output voltage are inherently suppressed by the structure.These 3 proposed methods are analytically studied and their performances are step by step simulated in Matlab/Simulink environment. Then the methods are implemented in dualinverter fed open-end motor in laboratory setup; and the results are compared with these of SVM. Finally, it is found that novel proposed methods are so competitive solutions to be applied in HEVs and EVs and bring superior efficiency and voltage/current harmonic features., Durant ces dernières années, l'intérêt pour les technologies des véhicules à faibles émissions de carbone a fait un bond important à travers l'Union européenne (UE) et au-delà, encouragé en cela par les gouvernements et les constructeurs automobiles. De grands espoirs ont été mis plus récemment dans les véhicules électriques (VE) et les véhicules électriques hybrides (VEH) en tant que technologies clés pour atténuer le changement climatique, améliorer la sécurité énergétique et favoriser une nouvelle branche de l'industrie dans le secteur automobile. Ainsi, l'électrification des transports a été considérée comme une stratégie clé pour réduire les émissions de CO2 dans le secteur des transports. Le principal défi est d’augmenter l’autonomie des véhicules (ce qui a toujours été au coeur de la concurrence des industries du transport), ainsi que la durée de vie des volumineuses et coûteuses batteries. Par conséquent, ceci indique que le rendement du convertisseur de puissance est un des points clés à développer pour les générations des véhicules électriques à venir. L’autre paramètre influant est la qualité de la tension et du courant (en particulier la suppression des harmoniques basses fréquences) qui permet de réduire la taille des filtres d'entrée et de sortie de ces convertisseurs. L'objectif de cette thèse est de parvenir à un meilleur rendement en proposant de nouvelles structures de convertisseur de puissance et des commandes vectorielles modifiées ; le choix de deux onduleurs alimentant un moteur ouvert aux deux extrémités. Après l'analyse étape par étape, modèle théorique, simulation et enfin une mise en oeuvre expérimentale, il a été constaté que les nouvelles méthodes proposées sont compétitives et peuvent s’appliquer aux cas des VEH et des VE afin d’apporter des caractéristiques supérieures en termes d’efficacité et de qualité de tension et de courant.

The thesis will address the quantification of power flow going through the different energy static and dynamic conversion systems to attain the chemical / electrostatic / mechanical storage elements during a hybrid regenerative brutal braking of a front-wheel driven electric vehicle. The electric vehicle is equipped by two integrated wheel-motors independent sets. The control of the converters and electrical machines is also treated. The problematic concerns the brutal regenerative braking case imposing high electrical and mechanical constraints on energy conversion and storage elements. The simulation tool adopted is Matlab/Simulink®. A detailed model of the used electric vehicle has been developed in order to be able to simulate the vehicle behavior with respect to the braking forces distribution delivered by the repartition and quantification of braking forces system. A study of the kinematics and dynamics of the vehicle according to different road types will be also considered. This study will be used retrospectively in the formulation of the braking forces distribution laws. The motors used are interior permanent magnet synchronous type. The objective is to ensure high electrical braking torque at high driving speeds of the vehicle. To this end, the optimal control of these motors will be based on a new current references generation method assuming then a high regenerative torque and therefore an improvement in the recovered energy. The hybrid storage system includes a Li-Ion battery and supercapacitors cells to reduce stress on the battery and to extend its life. The power structure of the system will be analyzed as well as the 3-level DC/DC converter interfacing the ultracapacitor with the DC bus proposed control system. A braking resistor controlled by a pseudo- cascaded controller will also be integrated to reduce, if necessary, the constraints on the battery. The evaluation and distribution of braking forces on the four wheels depending on road conditions are key elements for the stability of the vehicle during braking. The method of distribution and quantification of braking forces proposed should maintain this stability , meet international standards and take advantage of the presence of wheel motors in the front of the vehicle to maximize the energy recovered. The work has been extended to include a comparative study with a system containing a kinetic energy storage element as a secondary energy source for a braking and traction vehicle operation. The thesis is the starting point of a research collaboration between IFSTTAR / Satie and the Electrical Engineering Department of Cnam- Liban, associated center of the Conservatoire National des Arts et Métiers ( CNAM ), Paris, France., Le sujet de thèse aborde la quantification du flux de puissance parcourant les différents systèmes de conversion d'énergie statiques et dynamiques pour aboutir aux éléments de stockage de nature chimique / électrostatique / mécanique lors d'un freinage hybride récupératif brusque issu d’un véhicule électrique à traction avant. Le véhicule électrique est équipé de deux ensembles intégrés moteur-roues indépendants. Le côté commande des convertisseurs et des machines électriques sera aussi traité. La problématique concernera les cas de freinage régénératif brusque imposant des contraintes électriques et mécaniques élevées aux éléments de conversion d'énergie et de stockage. L'outil de simulation adopté est le logiciel Matlab/Simulink®. Un modèle assez fin du véhicule électrique utilisé sera développé afin de pouvoir simuler le comportement du véhicule conformément à la distribution des forces de freinage délivrée par le système de répartition et de quantification des forces de freinage. Une étude de la cinématique et de la dynamique du véhicule selon les différents états de route sera aussi examiné. Cette étude sera utilisée à posteriori dans la formulation des lois de distribution des forces de freinage. Les moteurs utilisés sont de type synchrones à aimants permanents intérieurs. L'objectif est d'assurer un couple électrique de freinage élevé à hautes vitesses de conduite du véhicule. A cette fin, la commande optimale de ces moteurs sera basée sur une nouvelle méthode de génération des courants de références assumant ainsi un couple régénératif élevé et donc une amélioration de l'énergie récupérée. Le système de stockage sera mixte et comportera une batterie Li-Ion et des cellules de supercondensateurs afin de réduire les contraintes sur la batterie et prolonger ainsi sa durée de vie. La structure de puissance de ce système sera analysée ainsi que le système de commande proposé du hacheur à 3 niveaux interfaçant l'ultracapacité avec le bus DC. Une résistance de freinage commandée par un régulateur pseudo-cascade sera aussi intégrée afin de réduire, si nécessaire, les contraintes sur la batterie. L'évaluation et la répartition des forces de freinage sur les quatre roues du véhicule en fonction de l'état de la route sont des éléments clés pour la stabilité du véhicule lors du freinage. La méthode de distribution et de quantification des forces de freinage proposée devra maintenir cette stabilité, répondre aux normes internationales et tirer profit de la présence des moteur-roues à l'avant du véhicule afin de maximiser l'énergie récupérée. Les travaux ont été étendus pour inclure une étude comparative avec un système de stockage contenant un élément de stockage à énergie cinétique comme source d'énergie secondaire pour un véhicule en opération de freinage et de traction. La thèse est le point de départ d'une collaboration de recherche entre l'IFSTTAR /Satie et le département de Génie Electrique du Cnam - Liban, centre associé au Conservatoire National des Arts et Métiers (Paris - France).

The thesis will address the quantification of power flow going through the different energy static and dynamic conversion systems to attain the chemical / electrostatic / mechanical storage elements during a hybrid regenerative brutal braking of a front-wheel driven electric vehicle. The electric vehicle is equipped by two integrated wheel-motors independent sets. The control of the converters and electrical machines is also treated. The problematic concerns the brutal regenerative braking case imposing high electrical and mechanical constraints on energy conversion and storage elements. The simulation tool adopted is Matlab/Simulink®. A detailed model of the used electric vehicle has been developed in order to be able to simulate the vehicle behavior with respect to the braking forces distribution delivered by the repartition and quantification of braking forces system. A study of the kinematics and dynamics of the vehicle according to different road types will be also considered. This study will be used retrospectively in the formulation of the braking forces distribution laws. The motors used are interior permanent magnet synchronous type. The objective is to ensure high electrical braking torque at high driving speeds of the vehicle. To this end, the optimal control of these motors will be based on a new current references generation method assuming then a high regenerative torque and therefore an improvement in the recovered energy. The hybrid storage system includes a Li-Ion battery and supercapacitors cells to reduce stress on the battery and to extend its life. The power structure of the system will be analyzed as well as the 3-level DC/DC converter interfacing the ultracapacitor with the DC bus proposed control system. A braking resistor controlled by a pseudo- cascaded controller will also be integrated to reduce, if necessary, the constraints on the battery. The evaluation and distribution of braking forces on the four wheels depending on road conditions are key elements for the stability of the vehicle during braking. The method of distribution and quantification of braking forces proposed should maintain this stability , meet international standards and take advantage of the presence of wheel motors in the front of the vehicle to maximize the energy recovered. The work has been extended to include a comparative study with a system containing a kinetic energy storage element as a secondary energy source for a braking and traction vehicle operation. The thesis is the starting point of a research collaboration between IFSTTAR / Satie and the Electrical Engineering Department of Cnam- Liban, associated center of the Conservatoire National des Arts et Métiers ( CNAM ), Paris, France., Le sujet de thèse aborde la quantification du flux de puissance parcourant les différents systèmes de conversion d'énergie statiques et dynamiques pour aboutir aux éléments de stockage de nature chimique / électrostatique / mécanique lors d'un freinage hybride récupératif brusque issu d’un véhicule électrique à traction avant. Le véhicule électrique est équipé de deux ensembles intégrés moteur-roues indépendants. Le côté commande des convertisseurs et des machines électriques sera aussi traité. La problématique concernera les cas de freinage régénératif brusque imposant des contraintes électriques et mécaniques élevées aux éléments de conversion d'énergie et de stockage. L'outil de simulation adopté est le logiciel Matlab/Simulink®. Un modèle assez fin du véhicule électrique utilisé sera développé afin de pouvoir simuler le comportement du véhicule conformément à la distribution des forces de freinage délivrée par le système de répartition et de quantification des forces de freinage. Une étude de la cinématique et de la dynamique du véhicule selon les différents états de route sera aussi examiné. Cette étude sera utilisée à posteriori dans la formulation des lois de distribution des forces de freinage. Les moteurs utilisés sont de type synchrones à aimants permanents intérieurs. L'objectif est d'assurer un couple électrique de freinage élevé à hautes vitesses de conduite du véhicule. A cette fin, la commande optimale de ces moteurs sera basée sur une nouvelle méthode de génération des courants de références assumant ainsi un couple régénératif élevé et donc une amélioration de l'énergie récupérée. Le système de stockage sera mixte et comportera une batterie Li-Ion et des cellules de supercondensateurs afin de réduire les contraintes sur la batterie et prolonger ainsi sa durée de vie. La structure de puissance de ce système sera analysée ainsi que le système de commande proposé du hacheur à 3 niveaux interfaçant l'ultracapacité avec le bus DC. Une résistance de freinage commandée par un régulateur pseudo-cascade sera aussi intégrée afin de réduire, si nécessaire, les contraintes sur la batterie. L'évaluation et la répartition des forces de freinage sur les quatre roues du véhicule en fonction de l'état de la route sont des éléments clés pour la stabilité du véhicule lors du freinage. La méthode de distribution et de quantification des forces de freinage proposée devra maintenir cette stabilité, répondre aux normes internationales et tirer profit de la présence des moteur-roues à l'avant du véhicule afin de maximiser l'énergie récupérée. Les travaux ont été étendus pour inclure une étude comparative avec un système de stockage contenant un élément de stockage à énergie cinétique comme source d'énergie secondaire pour un véhicule en opération de freinage et de traction. La thèse est le point de départ d'une collaboration de recherche entre l'IFSTTAR /Satie et le département de Génie Electrique du Cnam - Liban, centre associé au Conservatoire National des Arts et Métiers (Paris - France).

Ambitious projects of public charge stations dissemination are currently in expansion in France as the European Commission and the French governments have taken financial and political measures to urge people to use electric vehicles since the years 2009 and 2010. We will describe this favorable context and then, we will question the purpose of such enthusiasm. The development of electric vehicles is indeed a controversial topic: a brief review of literature shows that the economic, environmental and social benefits of these vehicles remain unclear. Yet, and despite the criticism, the dissemination of charge stations is in progress: the MOUVE project (2017-2018) aims at describing this spatial distribution using quantitative and qualitative tools. First, we built a database that locates each charging point. We collected each point thanks to the national opendata website and crowdsourcing websites. Secondly, we conducted several interviews with the regional stakeholders in order to supplement our charging points database. Thanks to both quantitative and qualitative methods, we could draw some conclusions and unpublished issues in the field of electro-mobility: discontinuity and incomplete charge stations networks, the variety and the contrast between public and private electro-mobility strategies and the lack of coordination between all stakeholders., Nombreux sont les réseaux d'Infrastructures de Recharge pour Véhicule Électrique (ou IRVE) à voir le jour en France et plus largement en Europe depuis 2009. Le gouvernement français, soutenu par la Commission européenne, a mis en place des mesures incitatives visant à développer l'usage des voitures électriques et l'installation de leur infrastructure de charge. Cet article explicite l'intérêt des pouvoirs publics pour cette technologie tout en rappelant, à l'aide d'une brève revue de littérature, que les bénéfices environnementaux, économiques et sociaux du véhicule électrique sont source de polémique. Malgré les critiques à l'égard de la voiture électrique, le déploiement des bornes de recharge est en cours et ces nouveaux objets émergent dans les territoires. L'intérêt de cette recherche, dans le cadre du projet MOUVE (CPER ISI-MESHS, 2017-2018) est d'appréhender les caractéristiques de la diffusion spatiale des bornes de recharge à l'échelle régionale, grâce à l'utilisation d'outils quantitatifs et qualitatifs. Les outils quantitatifs concernent l'exploitation sous SIG des données de localisation des bornes. Un travail d'enquête auprès des acteurs régionaux de l'électro-mobilité, sous la forme d'entretiens semi-directifs, a complété les données. Ces deux méthodes ont permis de révéler de multiples enseignements inédits : qualité du maillage, continuité et discontinuité des réseaux, concurrence et complémentarité entre stratégies des acteurs publics et privés, difficultés d'harmonisation des réseaux et d'adaptation à une demande encore balbutiante. Le territoire d'étude, la Région des Hauts-de-France, figure parmi les régions pionnières de l'électro-mobilité en France. Les enjeux d'harmonisation des réseaux et les concurrences entre acteurs sont aussi décuplés dans ce territoire « nouveau », issu du processus de fusion de deux anciennes régions aux dynamiques différenciées.

10 ans du Laboratoire Ampère - CNRS UMR5005, LYON, FRANCE, 23-/03/2017 - 23/03/2017; National audience; Présentation des travaux de thèse pendant la journée 10 ans de Laboratoire Ampère.

Simultaneous development of flexible electricity consumers and of intermittent renewable producers calls for using their complementarities. It could foster their overall integration in power systems. For the purpose of this doctoral thesis, the collaboration between an electric vehicle fleet and a photovoltaic plant is studied. First of all, a generic problem is set up to improve the predictability of the power exchange between the power grid and the so called collaboratif system. It should therefore fulfill a commitment profile constraint. The intraday management of this system consists in an optimisation problem which objective is to mitigate the production forecast errors by charging power flexibility. This is a multitime step problem, because of the battery intertia. The random availibility of vehicles and the forecast errors also make it stochastic. Finally there is a huge number of variables as it is spread other an entiere fleet.Upstream of the problem resolution, the modeling of the dynamic behaviour and of the aging of Lithium Ion batteries is discussed. It results in a range of compromises between precision, impact on the final decision and computational cost. Furthermore, a hidden Markov model is proposed and developped so as to handle temporal structures of the forecast error of the photovoltaic production. This analysis is based on production data of a real plant and on associated forecasts.An electric vehicle fleet is considered as an equivalent agregated battery. Its optimal charging power is sorted out using stochastic dynamic programming. The sensitivity of the resulting management strategies is assessed against the models which describe the production forecast error or battery behaviour. The battery aging is rendered by several models which we discuss the consequences over the optimal sizing of an electric vehicle fleet regarding to the plant power.Then the optimal charing power for each one of the vehicles among a fleet is deduced using a sharing problem. The resolution is carried out using distributed optimisation --- Alternating Direction Method of Multipliers --- and dynamic programming. A specific attention is devoted to the individual mobility priorities of the vehicles users. The vehicle charging power is thus differenticiated according to each one preferences. We also investigate a situation where information exchanges are limited. The optimal sizing of an electric vehicle fleet associated with a photovoltaic plant is finaly considered under several possibilities of economic model. The coupling between sizing and daily management is tackled thanks to a co-optimization., La généralisation concomitante de consommateurs d'électricité flexibles et de producteurs imparfaitement contrôlables invite à utiliser les complémentarités de ces acteurs afin d'améliorer leur intégration dans les systèmes d'énergie. Dans le cadre de ces travaux de doctorat, la collaboration entre une flotte de véhicules électriques et une centrale photovoltaïque est étudiée. Un problème générique est tout d'abord défini afin d'augmenter la prévisibilité des échanges entre un réseau électrique et le système collaboratif ainsi créé qui devra respecter un profil d'engagement de puissance échangée. La gestion de ce système est traduite en un problème d'optimisation dans lequel on cherche à compenser les erreurs de prévision de la production photovoltaïque à l'aide de la flexibilité des recharges. Ce problème est multi-temporel du fait de la présence de batteries, stochastique à cause de la disponibilité des véhicules et des erreurs de prévision, et enfin de grande dimension puisqu'à l'échelle d'une flotte entière.Pour le résoudre, la modélisation du comportement et du vieillissement des batteries Li-ion est discutée afin d'établir des compromis entre justesse du modèle, impact sur la décision finale et coût de calcul. Par ailleurs, un modèle de Markov caché original est spécifiquement développé afin de capturer les structures temporelles de l'erreur de prévision de production photovoltaïque. Cette étude est fondée sur des données réelles de production d'une centrale et des données de prévision correspondantes.Le problème de recharge optimale d'une flotte de véhicules agrégée en une batterie équivalente est résolu par la méthode de la programmation dynamique stochastique. La sensibilité des lois de gestion obtenues est discutée vis à vis des modèles utilisés pour décrire l'erreur de prévision ou le comportement des batteries. Le vieillissement des batteries est traduit par plusieurs modèles, dont on examine les conséquences sur le dimensionnement optimal de la flotte de véhicules par rapport à la puissance crête de la centrale photovoltaïque.Enfin la puissance de recharge optimale pour chacun des véhicules de la flotte est déduite à l'aide d'un problème de partage qui est résolu par optimisation distribuée --- Alternating Direction Method of Multipliers --- et programmation dynamique. Une attention particulière est prêtée à la manière dont les préférences individuelles de chaque utilisateur peuvent être prises en compte au sein d'une flotte. Le cas d'une limitation des échanges d'information possibles entre les véhicules est investigué. Le dimensionnement optimal entre une flotte et une centrale photovoltaïque est finalement analysé pour plusieurs modèles économiques envisageables. L'interaction entre dimensionnement et gestion est traitée à l'aide d'une co-optimisation.