Dissertations / Theses: 'Véhicule Hybride Électrique à Pile à Combustible'

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Hankache, Walid. "Gestion optimisée de l'énergie électrique d'un groupe électrogène hybride à pile à combustible." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00567577.

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Abstract:

L'étude porte sur la gestion de la distribution instantanée de la puissance entre une pile à combustible et un élément de stockage afin d'assurer la puissance électrique nécessaire à la traction d'un véhicule électrique hybride. L'objectif visé est la minimisation de la consommation d'hydrogène sur un cycle donné. Le problème est formulé en tant que problème d'optimisation globale sous contraintes. Dans une première approche, le système est décrit sous forme d'une équation dynamique discrétisée et un algorithme de programmation dynamique est appliqué. Une seconde approche consiste à minimiser le hamiltonien après avoir approché le critère coût par une fonction polynomiale. Ces méthodes nécessitent la connaissance a priori du profil de puissance demandée et se classent parmi les méthodes d'optimisation hors ligne. Pour une gestion en ligne de l'énergie, nous avons appliqué un système de décision à base de règles floues. Les fonctions d'appartenance des entrées et sorties du système flou sont optimisés à l'aide d'un algorithme génétique. Afin d'appliquer les stratégies évoquées, un bilan énergétique du groupe électrogène formé de la pile et ses auxiliaires, de l'élément de stockage et des convertisseurs statiques est effectué.

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Thounthong, Phatiphat. "CONCEPTION D'UNE SOURCE HYBRIDE UTILISANTUNE PILE A COMBUSTIBLE ET DESSUPERCONDENSATEURS." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Lorraine - INPL, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00083105.

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Abstract:

L'étude, le dimensionnement et le test d'un dispositif de stockage d'énergie, à base de
supercondensateurs, destiné à fonctionner dans un véhicule à pile à combustible sont
présentés dans cette thèse. Deux modes de commande sont détaillés. Leur but est de permettre
un fonctionnement en quasi-statique de la pile à combustible afin de limiter les contraintes
mécaniques sur la pile en accordant les débits de gaz à la demande en courant. Les
supercapacités interviennent lors du non-fonctionnement de la pile, lors de régimes
transitoires ou de régimes de récupération.
Le dispositif développé utilise deux modules de supercapacités SAFT. Il est connecté à un bus
continu 42 V par un convertisseur continu-continu deux quadrants, la pile à combustible étant
connectée au bus continu par un convertisseur élévateur. Le contrôle des courants est réalisé
de manière analogique. Le contrôle des tensions et les algorithmes d'estimation utilisent une
carte numérique dSPACE. Les résultats expérimentaux présentés, obtenus avec une pile de
500 W, ont souligné la lenteur naturelle des réponses de la pile à combustible et l'apport des
supercapacités pour des applications automobiles. Celles-ci améliorent grandement la
dynamique et le contrôle énergétique du système.

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Zhou, Yang. "Predictive energy management for fuel cell hybrid electric vehicle." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2020. http://www.theses.fr/2020UBFCA020.

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Abstract:

Les véhicules électriques hybrides à pile à combustible ont été largement considérés comme la substitution prometteuse par rapport aux véhicules traditionnels à moteur à combustion interne. Pour réduire les coûts d'exploitation des véhicules, une solution pratique au stade actuel consiste à utiliser efficacement et sainement les systèmes de propulsion hybrides. Une telle tâche peut être remplie via des stratégies de gestion d'énergie fiables, qui coordonnent les sorties de plusieurs sources d'énergie pour satisfaire la demande de puissance des véhicules.Dans un tel contexte, cette thèse vise à concevoir des stratégies de gestion intelligente de l'énergie pour les véhicules électriques hybrides à pile à combustible. Par rapport aux stratégies de contrôle existantes, cette thèse se concentre particulièrement sur la possibilité de combiner les informations de conduite prévues avec le cadre de contrôle optimal en temps réel. Plusieurs techniques de prédiction de conduite sont développées pour estimer les conditions de conduite à venir, comme la vitesse du véhicule, la référence de l’état de charge de la batterie et les informations sur le modèle de conduite. Ensuite, la model predictive control est sélectionnée pour la prise de décision en temps réel, car elle est capable de gérer les systèmes contraints variant dans le temps et est pratique pour l'intégration des informations prédictives de pilotage. Sur la base des résultats prévus et model predictive control, plusieurs stratégies de gestion prédictive de l'énergie sont établies, visant à économiser la consommation d'hydrogène et à améliorer la durabilité des piles à combustible par rapport aux stratégies de référence.La simulation hors ligne et les tests logiciels en boucle ont vérifié la fonctionnalité et l'adéquation en temps réel des stratégies proposées
Fuel cell electric vehicles have been widely deemed as the promising substitution against traditional internal combustion engine-based vehicles. To reduce the vehicular operating costs, a practical solution at current stage is to efficiently and healthily use the hybrid propulsion systems. Such task can be fulfilled via reliable energy management strategies, which coordinate the outputs of multiple energy sources to satisfy the vehicular power request.In such context, this PhD thesis intends to devise intelligent energy management strategies for fuel cell hybrid electric vehicles. Compared to existing control strategies, this thesis especially focuses on the possibility of combining the forecasted driving information with the real-time optimal control framework. Several driving prediction techniques are developed to estimate the upcoming driving conditions, like the vehicle’s speed, battery state-of-charge reference and driving pattern information. Thereafter, model predictive control is selected for real-time decision-making, since it is capable of handling the time-varying constrained systems and is convenient for the integration of driving predictive information. Based on the forecasted results and model predictive control, several predictive energy management strategies are established, aiming at saving hydrogen consumption and enhancing fuel cell durability versus benchmark strategies.Both offline simulation and software-in-the-loop testing have verified the functionality and real-time suitability of the proposed strategies

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Henao, Nilson. "Stratégie pour le démarrage à froid d'une pile à combustible à membrane d'échange de protons dans un véhicule électrique hybride." Thèse, Université du Québec à Trois-Rivières, 2013. http://depot-e.uqtr.ca/7298/1/030621772.pdf.

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Tritschler, Philip. "Optimisation de l'architecture électrique et gestion d'énergie pour un système à pile à combustible embarquée dédiée à l'application agricole." Phd thesis, Université de Grenoble, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00565680.

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Abstract:

Les travaux de cette thèse portent sur l'intégration d'un système à pile à combustible hybride dans un tracteur agricole. Dans notre travail, plusieurs architectures de réseaux électriques embarquées et de stratégies de gestion de l'énergie sont envisagées. Une modélisation du système complet est mise en place sous Matlab Simulink afin de pouvoir simuler les différents scénarii envisagés, de même qu'un banc de test permettant de valider les résultats issus des simulations purement numériques. L'objectif premier de ce travail est d'optimiser les flux énergétiques relatifs aux diverses sources et charges constitutives du système et ainsi de réduire la consommation du véhicule pour des cycles de mission agricoles. Cette thèse découle d'un projet de recherche commun entre le G2ELab, le CEA Grenoble et l'entreprise AGCO, implémenté en France à Beauvais qui commercialise des machines agricoles sous quatre marques : Massey Ferguson, Fendt, Valtra et Challenger.

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Neffati, Ahmed. "Stratégies de gestion de l'énergie électrique d'un système multi-source : décision floue optimisée pour véhicule électrique hybride." Toulouse 3, 2013. http://thesesups.ups-tlse.fr/2015/.

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Abstract:

La gestion de l'énergie des véhicules électriques hybrides (VEH) a fait l'objet d'un grand effort scientifique dans les dernières années. En outre, la puissance demandée dans un (VEH) doit être gérée en ligne en respectant les contraintes de charge et d'énergie disponible. Nous nous intéressons en particulier dans notre travail à la gestion de l'énergie d'un véhicule hybride, le problème est la distribution instantanée de la puissance électrique demandée à travers les deux sources d'énergie en optimisant autant que possible la consommation globale d'hydrogène sur un profil de mission donné. Nous commençons dans une première phase d'étude par la caractérisation des profils de mission dans l'objectif de trouver des outils de caractérisation qui nous aideront à choisir des lois de commandes qui s'intègrent dans un processus de gestion d'énergie en ligne. Dans la deuxième phase d'étude, des stratégies de gestion d'énergie qui s'appuient sur des techniques de gestion fréquentielle ont été développées. Ensuite, nous présentons une méthode de gestion d'énergie en ligne basée sur les règles floues, cette méthode a été améliorée par l'application d'une méthode de basculement floue. Cette stratégie conduit la pile à combustible à fonctionner aux points de meilleur rendement. Il a été vérifié que si cette méthode est appliquée en ligne sur un profil inconnu, la consommation obtenue est quasi-optimale
The energy management of hybrid electric vehicles (VHE) has been a major scientific effort in recent years. In addition, the power required in a (VHE) must be managed online within the constraints of charge and available energy. We are particularly interested in our work to the energy management of a hybrid vehicle, the problem is the instantaneous distribution of the electric power required through the two energy sources as much as possible by optimizing the overall consumption hydrogen on a given mission profile. We start in the first phase of study the characterization of mission profiles with the aim to find characterization tools that will help us to choose the laws of commands that are part of a process of energy management online. In the second study phase, energy strategies that rely on frequency management management techniques have been developed. Then we present a method for power management in line based on fuzzy rules, this method has been improved by the application of a method of fuzzy switching. This strategy leads the fuel cell to operate at best efficiency point. It has been verified that if this method is applied to an unknown online profile, the consumption obtained is near optimal

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Bernard, Jérôme. "Véhicules hybrides à pile à combustible : dimensionnement et stratégies de commande." Phd thesis, Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambresis, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00271090.

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Abstract:

La pile à combustible (PAC) produit de l'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. Dans un véhicule hybride à PAC, la motorisation électrique est alimentée par une pile à combustible assistée par une source secondaire d'énergie (SSE). Cette source secondaire d'énergie est composée soit de batteries, soit de supercondensateurs. L'architecture hybride obtenue offre un degré de liberté dans la gestion des flux énergétiques et dans le dimensionnement du groupe motopropulseur. La répartition de puissance optimale entre la PAC et la SSE est obtenue grâce à des algorithmes d'optimisation globale qui minimisent la consommation d'hydrogène pour un parcours routier connu a priori. Les résultats obtenus avec ces algorithmes servent d'expertise et de référence de consommation mais sont inapplicables en temps réel. Ici, une stratégie de commande temps réel, nécessairement sous-optimale, a été construite à partir l'algorithme de commande optimale. La consommation d'hydrogène est également influencée par le dimensionnement de la PAC et de la SSE. Celui-ci doit garantir un confort de conduite acceptable (vitesses, accélérations) sans pénaliser les performances énergétiques du véhicule ; un outil d'aide au dimensionnement est nécessaire et proposé dans ce mémoire. Enfin, les approches théoriques développées dans cette thèse sont illustrées par des mises en applications sur des exemples concrets (prototype PAC-Car II, prototype Hy-Muve, banc d'essai).

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Bendjedia, Bachir. "Gestion et optimisation d’énergie électrique avec tolérance aux défauts d’un système hybride PàC/ batterie." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS229.

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Abstract:

Le travail de cette thèse s’inscrit dans une thématique qui concerne le dimensionnement optimal et la gestion d’énergie résiliente aux défauts d’un système multi-sources (hybride) pour l’alimentation d’un véhicule électrique. Dans notre cas, le système de stockage est composé d’une pile à combustible comme source principale et une source secondaire à base d’une batterie Li-ion. L’étude réalisée sur le dimensionnement montre l’intérêt de l’hybridation par rapport à un système mono-source batterie seule ou bien pile à combustible seule. L’intérêt de cette hybridation en termes de masse, de volume et de coût devient de plus en plus important en augmentant l’autonomie du véhicule. Après avoir dimensionné la source hybride pour une autonomie de 700 km, on s’est intéressé à l’influence de la technologie de la batterie et les méthodes de gestion sur les performances de la source (le volume, la masse, le cout, les contraintes électriques appliquées sur les composants et la consommation d’hydrogène du système PàC/Batterie). La partie dimensionnement est suivie par le développement d’une stratégie de gestion d’énergie originale basée sur la prise en compte de l’état de charge de la batterie (SOC) pour adapter les limites de fonctionnement de la pile à combustible. Les résultats obtenus avec cette méthode sont comparés avec deux autres stratégies de gestion d’énergie en ligne à savoir, la méthode de découpage fréquentiel et l’utilisation d’un superviseur floue. La stratégie développée a donné des bons résultats expérimentaux en termes de contraintes vues par les cellules et de consommation d’hydrogène. Malgré un bon dimensionnement de la source embarquée et une bonne optimisation de la méthode de gestion d’énergie, le système n’est pas à l’abri du défaut et peut être le siège de plusieurs défauts qui peuvent apparaitre au niveau de capteurs de tension et de courant. Afin d’assurer la continuité de service du système hybride en présence de ces défauts, une stratégie de commande tolérante aux fautes a été développée afin de garantir la stabilité de système hybride PàC/Batterie et assurer des performances acceptables en mode dégradé
The work of this thesis is part of a theme that concerns the optimal sizing and energy management resilient to the faults of a multi-source system (hybrid) for the power supply of an electric vehicle. In our case, the storage system consists of a fuel cell as the main source and a secondary source based on a Li-ion battery. The study carried out on the sizing shows the interest of the hybridization compared to a mono-source single battery or fuel cell only system. The interest of this hybridization in terms of weight, volume and cost becomes more and more important by increasing the autonomy of the vehicle. After scaling the hybrid source for a 700 km drive range, we investigated the influence of battery technology and management methods on the performance of the source (volume, mass, cost, electrical stress applied to the components and the hydrogen consumption of the Fuel Cell / Battery system).The sizing part is followed by the development of an original energy management strategy based on the state of charge of the battery (SOC) to adapt the operating limits of the fuel cell. The results obtained with this method are compared with two other online energy management strategies namely, the frequency division method and the use of a fuzzy supervisor. The strategy developed gave good experimental results in terms of constraints seen by cells and hydrogen consumption. Despite a good sizing of the on-board source and a good optimization of the energy management method, the system is not immune from the fault and can be the seat of several faults that can appear at voltage sensors. and current. In order to ensure the service continuity of the hybrid system in the presence of these faults, a fault-tolerant control strategy has been developed in order to guarantee the stability of the hybrid Fuel Cell/ Battery system and to ensure acceptable performance in degraded mode

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Yue, Meiling. "Contribution of developing a prognostics-based energy management strategy for fuel cell hybrid system - application to a fuel cell/battery hybrid electric vehicle." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCD029.

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Abstract:

Le système de propulsion hybride à pile à combustible (PàC) gagne du terrain sur le marché automobile actuel et offre une solution durable au changement climatique mondial dans le secteur des transports. Cependant, la durabilité et la fiabilité des sources d’énergie utilisées dans le système hybride sont les obstacles inévitables à sa commercialisation massive. Pour optimiser et maximiser la durée de vie du système hybride, une approche de pronostic et gestion de la santé (PHM) est mise en œuvre pour gérer et atténuer le comportement de dégradation des sources d'énergie et appliquée à un véhicule électrique hybride à pile à combustible.Dans ce contexte, deux contributions principales sont apportées. La première consiste à déployer une méthode de pronostic pouvant être utilisée dans le système hybride. Le filtrage de particules, en tant que méthode d'estimation d'état communément utilisée, est adapté aux fins de pronostic dans cette thèse. Il est utilisé pour traiter les données de dégradation imprécises et incertaines et pour estimer la durée de vie utile restante. La méthode est validée par les ensembles de données historiques de PàC et de batterie et les résultats sont évalués par les métriques de pronostic conçues.Ensuite, une deuxième étape sur l’aspect gestion de la santé du PHM est proposée. Comme la répartition de la puissance demandée dans un système hybride est gérée par une stratégie de gestion de l'énergie (EMS), l’orientation de cette étape est de développer une EMS conscient de sa santé dans le contexte du PHM. Une grande quantité de recherches sur les pronostics avec des données expérimentales finies ont été trouvées dans la littérature, alors que la manière d'utiliser les résultats de pronostics pour réaliser des actions de contrôle correctives est rarement discutée. Afin de pallier cette lacune dans les applications de système hybride, un processus de prise de décision basé sur le pronostic est conçu. Les performances sont évaluées en quantifiant la dégradation et la durée de vie du système dans un environnement simulé et une discussion sur l'occurrence des pronostics est lancée pour des investigations ultérieures sur la maintenance
Fuel cell hybrid propulsion system is gaining momentum in today's automotive market and offers a sustainable solution for the world climate change in the transport sector. However, the durability and reliability of the power sources used in the hybrid system are the inevitable obstacles for its massive commercialization. To optimize and maximize the lifespan of the hybrid system, a prognostics and health management (PHM) approach is deployed to manage and mitigate the power source degradation behaviour and applied to a fuel cell hybrid electric vehicle.In this context, two main contributions are made. The first stage is to deploy a prognostics method that can be used in the hybrid system. Particle filtering, as a commonly used state estimation method, is adapted for prognostics purpose in this thesis. It is used to handle the imprecise and uncertain degradation data and estimate the remaining useful life. The method is validated by historical fuel cell and battery datasets and the results are evaluated by the designed prognostics metrics.Subsequently, a second stage on the health management aspect of PHM is proposed. As the split of demanded power in a hybrid system is managed by an energy management strategy (EMS), the orientation of this stage is to develop a health-conscious EMS in the context of PHM. A great quantity of researches on prognostics with finished experimental data have been found in the literature, while how to use the prognostics results to make corrective control actions is rarely discussed. To help against this vacancy in hybrid system applications, a prognostics-enabled decision-making process is designed. The performance is evaluated by quantifying the degradation and the lifetime of the system in a simulated environment and a discussion on prognostics occurrence is launched for further investigations on maintenance

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Chauvin, Alan. "Contribution à l'optimisation globale pour le dimensionnement et la gestion d'énergie de véhicules hybrides électriques basée sur une approche combinatoire." Thesis, Lyon, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAL0101/document.

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Abstract:

L'hybridation des sources de puissance dans le domaine des applications embarquées s'est imposée comme une solution adéquate pour répondre aux législations environnementales et atteindre une meilleure efficacité énergétique. Toutefois, le choix dans le dimensionnement des composants et la stratégie de commande doivent répondre à un cahier des charges, souvent complexe et hétérogène, tout en limitant les coûts du système. La résolution de ce problème d'optimisation incluant de nombreuses variables peut s'avérer complexe à cause des non-linéarités présentes dans le problème formulé. Il faut donc disposer d'outils de résolution efficaces et capables de fournir une solution fiable. Dans cette thèse, nous proposons une méthode d'optimisation globale pour le dimensionnement et la commande optimale de véhicules hybrides basée sur l'optimisation combinatoire, et en particulier sur la programmation linéaire en nombres entiers (PLNE). A partir d'un problème d'optimisation non linéaire, le problème initial est reformulé en une multitude de sous-problèmes linéaires en nombres entiers sur lesquels un algorithme de Branch & Bound parallèle est exécuté. Afin de résoudre des problèmes de grande taille, un second algorithme basé sur le Branch & Cut est développé. Cette méthode est déployée pour l'étude d'un système d'alimentation hybride d'une mini-excavatrice électrique. Le problème d'optimisation, dans lequel des contraintes énergétiques et des contraintes de vieillissement sont implantées, est évalué suivant différents paramètres du cahier des charges. Enfin, cette approche est également appliquée pour l'optimisation de trajectoires d'un système multi-actionneur synchronisés
Hybridization of power sources for embedded applications becomes an interesting solution to respect environmental legislation and achieve a higher energy efficiency. However, the choice for components sizing and the energy management strategy need to meet specifications while reducing costs. To solve this optimization problems including several types of variables can be complex because of non linearities included in the formulated problem. Therefore the use of effective solving tools, able to provide a reliable solution, is required. In this thesis, a global optimization method is proposed for the design and the optimal control of hybrid vehicles based on combinatorial optimization, particularly on integer linear programming. From a non-linear optimization problem, the initial problem is reformulated into a multitude of integer linear sub-problems for which a parallel Branch & Bound algorithm is executed. In order to solve large-scale problems, a second algorithm based on the Branch & Cut is developed. This method is used for the study of a hybrid power supply system of a mini-excavator electric. The optimization problem, where energy constraints and aging constraints are implemented, is evaluated according to several parameters and specifications. Finally, this approach is also applied for the optimization of trajectories for a synchronized multi-actuators system

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Carlos, Da Silva Daniel. "Development of a closed-form modeling methodology for the subsystems of electric vehicles : optimization of energy performance." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPAST014.

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Abstract:

Pour maximiser la contribution des véhicules hybrides électriques (HEV) à la décarbonation du secteur des transports, il est essentiel de prendre en compte leur performance énergétique lors de la phase de conception. Cependant, les chemins supplémentaires de flux de puissance pour la propulsion agissent à la fois comme un avantage et comme une couche supplémentaire de complexité dans la conception du véhicule. En effet, évaluer la consommation d'un HEV nécessite la définition d'un contrôle de supervision, appelé Loi de Gestion d'Énergie (LGE). Ainsi, optimiser la conception exige la combinaison d'un problème d'optimisation statique (la structure du système) avec un problème dépendant du temps (son contrôle), qui doivent être pris en compte de manière conjointe.Cette co-optimisation structure/contrôle est généralement abordée soit en imbriquant des algorithmes de contrôle optimal dans un algorithme d'optimisation général pour la structure, soit en utilisant de l'optimisation convexe pour optimiser simultanément les deux niveaux. Cependant, la première approche est connue pour avoir des contraintes computationnelles, tandis que la seconde peut affecter la fidélité de la modélisation en raison de contraintes de convexité.Sous une nouvelle perspective, cette thèse introduit une méthodologie pour développer des modèles explicites pour estimer la consommation d'énergie de groupes motopropulseurs, nommés dans ce travail Modèle Explicite de Consommation du Groupe Motopropulseur (EPCM). Ils sont développés à l'aide de modèles de composants pour considérer les pertes de puissance, puis en introduisant un deuxième niveau de modélisation pour prendre en compte l'impact des variations de dimensionnement sur l'estimation des pertes. Une telle formulation peut être utilisée comme une fonction objectif efficace d'un problème d'optimisation qui reste statique, tout en permettant une analyse explicable par l'homme pour des problèmes réduits.La thèse présente le développement de la méthodologie en utilisant un véhicule hybride électrique à pile à combustible (FCHEV) comme véhicule de référence. Outre la modélisation des composants couramment présents dans les véhicules électriques, elle inclut un modèle pour le système de pile à combustible, tout en considérant également des modèles pour l'électronique de puissance, souvent négligée dans ce type d'études. Elle présente d'abord les modèles de composants pris en compte, puis les modèles de variation de dimensionnement (les modèles prédictifs), avant de développer les EPCMs et de les utiliser pour la co-optimisation.La validation des modèles de composants à l'aide d'une Toyota Mirai II sur un banc à rouleaux présente une erreur globale de moins de cinq pour cent, tandis que l'étude visant à évaluer l'impact des modèles prédictifs sur la consommation d'hydrogène a donné des erreurs inférieures à deux pour cent par rapport aux modèles de référence. Ensuite, une évaluation de l'utilisation des EPCM explore les hypothèses nécessaires pour garantir une formulation explicite, et la co-optimisation du groupe motopropulseur de la Mirai II montre qu'un EPCM utilisant une LGE affine est une approximation raisonnable pour la co-optimisation aux premières étapes de conception du véhicule, tout en réduisant le temps d'évaluation d'un facteur de 100. Cette étude est ensuite étendue avec des problèmes réduits pour observer l'impact du dimensionnement de l'EM uniquement, puis du niveau d'hybridation, aboutissant à des expressions linéaires et quadratiques pour la consommation de carburant et les contraintes d'optimisation, qui peuvent être utilisées pour dériver rapidement des analyses de la performance énergétique du véhicule.Bien que les résultats montrent que l'état actuel de la méthodologie peut être utilisé pour la co-optimisation des FCHEV, la thèse explore davantage les points d'amélioration de la méthodologie et suggère des applications alternatives pour consolider sa validité et sa pertinence
To maximize the contribution of hybrid electric vehicles (HEV) to the decarbonization of the transportation sector, it is essential to maximize their energy performance during the design phase. However, the additional power pathways to propel the vehicle act both as an advantage and an added layer of complexity. Indeed, evaluating the consumption of an HEV requires defining a supervisory control, known as Energy Management Strategy (EMS). Therefore, optimizing the design entails combining a static optimization problem (system's plant) with a time-dependent problem (its control), both of which must be considered in tandem.This plant/control co-optimization is typically tackled through either nesting optimal control algorithms within each iteration of a general optimization algorithm for the plant, or employing convex optimization to simultaneously optimize both layers. However, the former approach is known to be limited by computational constraints, while the latter may impact modeling fidelity due to convexity constraints.As a different perspective, this thesis introduces a methodology for developing explicit models to estimate powertrain energy consumption, referred to in this work as the Explicit Powertrain Consumption Model (EPCM). They are developed using component models to account for power losses, then by introducing a second modeling level to consider the impact of sizing variations on loss estimation. Such a formulation can be used as a computationally efficient objective function of an optimization problem that remains static, while enabling human-explainable analysis for reduced problems.The thesis presents the methodology development while using a Fuel Cell Hybrid Electric Vehicle (FCHEV) as a reference vehicle. Besides modeling components commonly found in electric vehicles, it includes a model for the fuel cell system, while further considering models for the power electronics, often overlooked in vehicle design studies. It first introduces the considered component models, then the models for the sizing variation (i.e., the predictive models), before developing the EPCMs and using them for the co-optimization.The validation of the component models using a Toyota Mirai~II on a roller test bench presents an overall error of less than five percent, while the study to assess the impact of the predictive models on the hydrogen consumption resulted in errors below two percent when compared to reference models. Then, an assessment of the usage of EPCMs explores the assumptions required to ensure an explicit formulation; and the co-optimization of the Mirai~II powertrain shows that an EPCM using an affine EMS can be a fair approximation for the co-optimization at the vehicle's first design stages, while reducing the evaluation time by a factor of 100. This study is further extended with reduced problems to observe the impact of the EM sizing only, then of the hybridization level, resulting in linear and quadratic expressions for the fuel consumption and the optimization constraints, which can be used to quickly derive analyses of the vehicle's energy performance.Although the results show that the current state of the methodology can be used for the co-optimization of FCHEVs, the thesis further explores its improvement points and suggests alternative applications to solidify its validity and relevance

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Jiang, Qi. "Gestion énergétique de véhicules hybrides par commande optimale stochastique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS011/document.

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Abstract:

Ce mémoire présente une étude comparative de quatre stratégies de gestion énergétique temps réel, appliquées d'une part à un véhicule hybride thermique-électrique, et d'autre part à un véhicule électrique à pile à combustible : contrôle basé sur des règles empirique (RBS), minimisation de la consommation équivalente (A-ECMS), loi de commande optimale (OCL) établie à partir d'une modélisation analytique du système et programmation dynamique stochastique (SDP) associée à une modélisation des cycles de conduite par chaîne de Markov. Le principe du minimum de Pontryaguin et la programmation dynamique, applicables hors ligne, sont mis en œuvre pour fournir des résultats de référence. Les problèmes d’implémentation numérique et de paramétrage des stratégies sont discutés. Une analyse statistique effectuée sur la base de cycles aléatoires générés par chaînes de Markov permet d’évaluer la robustesse des stratégies étudiées. Les résultats obtenus en simulation, puis sur un dispositif expérimental montrent que les méthodes les plus simples (RBS ou OCL) conduisent à des consommations élevées. SDP aboutit aux meilleures performances avec en moyenne la plus faible consommation de carburant dans les conditions réelles de conduite et un état énergétique final du système de stockage parfaitement maîtrisé. Les résultats d’A-ECMS sont comparables à ceux de SDP en moyenne, mais avec une plus grande dispersion, en particulier pour l'état de charge final. Afin d'améliorer les performances des méthode, des jeux de paramètres dédiés aux différents contextes de conduite sont considérés
This thesis presents a comparative study between four recent real-time energy management strategies (EMS) applied to a hybrid electric vehicle and to a fuel cell vehicle applications: rule-based strategy (RBS), adaptive equivalent consumption minimization strategy (A-ECMS), optimal control law (OCL) and stochastic dynamic programming (SDP) associated to driving cycle modeling by Markov chains. Pontryagin’s minimum principle and dynamic programming are applied to off-line optimization to provide reference results. Implementation and parameters setting issues are discussed for each strategy and a genetic algorithm is employed for A-ECMS calibration.The EMS robustness is evaluated using different types of driving cycles and a statistical analysis is conducted using random cycles generated by Markov process. Simulation and experimental results lead to the following conclusions. The easiest methods to implement (RBS and OCL) give rather high fuel consumption. SDP has the best overall performance in real-world driving conditions. It achieves the minimum average fuel consumption while perfectly respecting the state-sustaining constraint. A-ECMS results are comparable to SDP’s when using parameters well-adjusted to the upcoming driving cycle, but lacks robustness. Using parameter sets adjusted to the type of driving conditions (urban, road and highway) did help to improve A-ECMS performances

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Ravey, Alexandre. "Conception et gestion de l'énergie des architectures pour véhicules hybrides électriques." Phd thesis, Université de Technologie de Belfort-Montbeliard, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00863541.

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Abstract:

Depuis une dizaine d'années, les constructeurs et les grands groupesdu secteur de l'automobile se sont mobilisés autour de la recherche et dudéveloppement de nouveaux prototypes de véhicules économes (moins consommateursd'énergie) et propres (moins de rejets de polluants) tels queles véhicules hybrides et tout électriques. C'est une nouvelle mutation. Ellefait profondément évoluer l'automobile, d'une architecture de propulsionthermique, devenue maîtrisée mais fortement polluante, vers une tractionélectrique ou hybride plus complexe et peu, voire pas du tout, maîtrisée ;le nombre de composants (sources d'énergie, actionneurs, contrôleurs, calculateurs,...) devient important, de nature multidisciplinaire et possédantbeaucoup de non linéarités. De plus, faute de maturité dans ce domaine, àce jour l'industrie de l'automobile ne possède pas encore les connaissancessuffisantes nécessaires à la modélisation, à la simulation et à la conceptionde ces nouveaux véhicules et plus particulièrement les dispositifs relatifs auxsources d'énergie et aux différents actionneurs de propulsion.Les travaux de cette thèse visent à donner des méthodes de conceptiond'une chaine de traction hybride et d'en gérer la gestion de l'énergie. Lathèse s'appuie sur l'exemple de la conception et la gestion de l'énergie d'unvéhicule hybride basé sur une pile à combustible et des batteries.Dans un premier temps, un méthode de dimensionnement des composantsde la chaine de traction est présentée : Elle consiste en l'étude statistique decycle de conduite générés pseudo aléatoirement représentatif de la conduiteen condition réelle de véhicule. Un générateur de cycle de conduite à été créeet est présenté, et la méthode de dimensionnement de la source primaire, iciune pile a combustible, ainsi que le source secondaire de puissance, ici desbatteries, est détaillée. Un exemple est pris pour illustrer cette méthode avecla conception d'un véhicule de type camion poubelle décrivant des cycles deconduites urbains à arrêts fréquents.Dans un second temps, la gestion de l'énergie de la chaine de traction hybridesérie est étudiée : une gestion de l'énergie "offline" est présentée, basé surl'optimisation par programmation dynamique. Cette optimisation permetd'avoir le découpage de la puissance par les deux sources de la chaine detraction de manière optimal pour un cycle précis. De part l'aspect déterministede la programmation dynamique, les résultats servent de référence quant aufuturs développements de gestion temps réel.Un contrôleur temps réel basé sur la logique floue est ainsi exposé et lesrésultats sont comparés par rapport à la gestion "offline". Le contrôleurest ensuite optimisé et rendu adaptatif par un algorithme génétique et unalgorithme de reconnaissance de type de profil routier.Enfin, une introduction à la gestion de l'énergie dans les véhicules hybrides de type : "plug in" est présentée : Elle repose sur le principe de la déterminationde la distance restante à parcourir par la reconnaissance de la destination àl'aide d'une matrice de probabilité de Markov.

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Thounthong, Phatiphat. "Conception d'une source hybride utilisant une pile à combustible et des supercondensateurs." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2005. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL/2005_THOUNTHONG_P.pdf.

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Abstract:

L'étude, le dimensionnement et le test d'un dispositif de stockage d'énergie destiné à fonctionner dans un véhicule à pile à combustible sont présentés. Deux modes de commande sont détaillés afin d'opérer en quasi-statique et de limiter les contraintes mécaniques en accordant les débits de gaz à la demande en courant. Les supercapacités interviennent lors du non fonctionnement de la pile, lors de régimes transitoires ou de régimes de récupération. Le dispositif développé utilise deux modules de supercapacités connectés à un bus continu par un convertisseur dc-dc. Le contrôle des courants est réalisé de manière analogique. Le contrôle des tensions et les algorithmes d'estimation utilisent une carte numérique. Les résultats expérimentaux présentés, obtenus avec une pile de 500 W, ont souligné la lenteur de la pile à combustible et l'apport des supercapacités pour des applications automobiles. Celles-ci améliorent grandement la dynamique et le contrôle énergétique du système
The design and testing of a purely supercapacitor energy storage device as auxiliary power source in electrical vehicle applications having a PEM fuel cell as main source are presented. Two control strategies are explained to operate in almost steady state conditions in order to lessen the mechanical stresses of fuel cell and to ensure a good synchronization between fuel flow and fuel cell current. Supercapacitors are functioning during absence of energy from fuel cell, transient energy delivery or transient energy recovery. The system utilizes two modules of supercapacitive storage device connected to the DC bus by a 2-quadrant dc/dc converter. The system structure is realized by analogical current loops and digital control for voltage loops and estimation algorithms. Experimental results with a 500 W PEM fuel cell point out the slow dynamics of fuel cell, and also substantiate that the supercapacitors can improve dynamics and power conditioning for automotive electrical system

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Sandoval, torres Cinda Luz. "Contrôle d’une source d’énergie hybride : Pile à combustible-Supercondensateur." Thesis, Paris, ENSAM, 2016. http://www.theses.fr/2016ENAM0067/document.

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Abstract:

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de conception d’une stratégie de gestion de l’énergie dans un système hybride de génération d'énergie électrique composé d’une pile à combustible (PC) et un module de supercondensateurs (SC). La source hybride fournit une puissance maximale de 1,2 kW et sa conception implique des décisions concernant la sélection de l’architecture du système hybride ainsi que le choix de la topologie et le dimensionnement d’une unité de convertisseurs. La stratégie de gestion vise à satisfaire la demande d’énergie électrique de la charge et favoriser la consommation énergétique efficiente ; sa performance est évaluée en développant un simulateur qui comprend la dynamique des éléments mis en jeu : deux sources et l’unité de convertisseurs. Le générateur hybride est supposé alimenter un profil de consommation correspondant à un véhicule électrique, de ce fait un cycle standard de conduite en ville en échelle est demandé lors des simulations, ce qui permet d’évaluer la performance du générateur hybride et plus spécifiquement de la stratégie de gestion énergétique.Dans une première étape de cette thèse, un simulateur intégral a été construit avec des librairies de Simscape. Le simulateur est constitué des blocs de différents domaines, contenant des modèles fondamentaux des composants du système. Le block de pile à combustible modèle la dynamique d’un système BAHIA® (400 W - 1100 W, 0 A - 70 A nominale) et le block de supercondensateur modèle les cycles charge-décharge d’un module Maxwell de 400 F et 16 V. Un onduleur de tension pont complet avec convertisseur élévateur conditionne l’énergie délivrée par la pile à combustible et un convertisseur bidirectionnel (buck-boost) est connecté au module de supercondensateurs afin de conditionner les cycles de charge-décharge. L’unité des convertisseurs a été dimensionné, puis, un modèle moyen de petits signaux a été formulé afin de décrire la dynamique de ces dispositifs. Les différents composants ont été intégrés dans l’environnement Simulink. Dans une deuxième étape, la stratégie de gestion énergétique a été conçue en considérant les caractéristiques et performances des sources ; le résultat est une stratégie de trois niveaux hiérarchiques, dont l’aspect principal es la définition des lois de commande locales et globale. Dans une troisième étape, le système complet est évalué en termes du niveau d’utilisation des sources, du domaine d’opération de la pile à combustible, et de l’accomplissement des objectifs des commandes locales et global, qui engagent notamment le SOC des supercondensateurs et la régulation de la tension du générateur hybride
Energy generation from fossil fuels combustion is predicted to have severe future impacts in the world’s economy and ecology. Fuel cells and supercapacitors are an alternative power source, environmentally friendly.This dissertation presents a regulation architecture developed to coordinate a hybrid renewable source for typical solicitations of electric vehicles in a scaled operating range of 1 kW. The hybrid system is composed of a Polymer Electrolyte Membrane (PEM) fuel cell module, a supercapacitors bank and their respective power conditioning units. In order to optimize the overall operation, the proposed strategy is organized into three hierarchical levels, and the power demand for each energy source is determined in real time with a basis on a frequency distribution and a cutoff frequency, defined in accordance with the dynamical capabilities of the sources.Even if numerous researches have been reported on the subject, few studies have taken into account the proper dynamics of each source in order to optimize the global performance of the hybrid power supply.The goal of this work is to implement a complete simulator integrating not only dynamical models of each energy source, but also dynamical models of the power conditioning units. The control strategy consists of nested loops, arranged in three functional levels of hierarchy. The central idea is to find the optimal set point for each energy source, according to their own physical properties. Contrary to the existing control strategies, this strategy dynamically calculates the appropriate power demand for each energy source. Due to the complexity of the system, cascade control loops are proposed, organized into blocks, according to the system functionality and dynamics.A functional simulation is obtained, where the system ensures the adequate supercapacitor state of charge and soft current demands to keep the fuel cell working in its safe operating region. Thus, lower fuel consumption and rapid response to load demands are guaranteed to improve efficiency.Results demonstrate that the control strategy allows the regulation of the DC bus voltage under UDDS and ECE-15 driving cycles as load profiles. The fuel cell works within its maximum efficiency region, without falling in the degradation zone. In addition, the supercapacitor state of charge remains within the recommended range

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Candusso, Denis. "Hybridation du groupe électrogène à pile à combustible pour l'alimantation d'un véhicule électrique." Grenoble INPG, 2002. http://www.theses.fr/2002INPG0111.

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Abstract:

L'objectif de la thèse a été l'étude de l'hybridation d'un groupe électrogène à pile à combustible (GE à PAC) dans le cas d'une application embarquée. Une partie importante du travail a consisté à tester en simulation diverses architectures de sources hybrides GE à PAC/superconducteurs. Plusieurs modèles ont été mis au point et utilisés suivant l'objectif envisagé. Le modèle du GE à PAC quasi-statique permet de prédire de manière rapide et qualitative les grandeurs électriques mises en jeu dans la chaîne sur des profils de mission temps - vitesse avec des stratégies de gestion de l'énergie plus ou moins complexes ; un modèle dynamique plus élaboré a été introduit pour étudier certains phénomènes transitoires. Une étude expérimentale met en oeuvre le concept d'hybridation de GE à PAC. Le démonstrateur réalisé doit permettre la validation des modèles et des stratégies de gestion de l'énergie élaborés dans la première partie du travail. Il constitue aussi un dispositif médiatique.

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Maker, Hattab. "Optimisation et gestion d'énergie pour un système hybride : association pile à combustible et supercondensateurs." Besançon, 2008. http://www.theses.fr/2008BESA2031.

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Abstract:

Ce mémoire de thèse est une contribution à la résolution du problème de l’optimisation de la gestion d’énergie dans un véhicule a pile a combustible. Ce véhicule est équipé d’une une pile de type PEMFC, utilisée comme source principale et un module de supercondensateurs comme source d’appoint de puissance. L’adaptation des niveaux de tension entre les sources et la charge dans le véhicule nécessite deux convertisseurs DC-DC, l’un de type Boost, l’autre Buck/Boost, permettant de maintenir constante la tension du bus continu et d’imposer la puissance ou le courant demandé par la charge. L’optimisation de la gestion d’énergie dans le véhicule a pour objectif d’établir une nouvelle loi de gestion d’énergie robuste et précise permettant d’améliorer les performances du véhicule en termes d’accélération et de longévité. Dans ce volet, la commande optimale sous contraintes a été adoptée. Elle a permis d’établir une gestion optimale de l’énergie provenant de la pile a combustible en tenant compte des contraintes subies par celle-ci. La commande par mode de glissement a été utilisée pour contrôler les convertisseurs DC-DC. Deux stratégies de cette commande ont été étudiées et réalisées expérimentalement : la première concerne une surface de glissement linéaire. La seconde utilise une surface de glissement munie d’une action intégrale. Ce travail a été clôturé par l’association des deux commandes pour contrôler les convertisseurs DC-DC pour forcer les deux sources du véhicule à suivre les trajectoires de référence fournies par la commande optimale. Les simulations ont permis de montrer la complémentarité entre ces deux commandes
This thesis deals with contribution to problem solving of power management in fuel cell vehicle. This vehicle is equipped with a fuel cell PEMFC, used as the main source and a supercapacitors module as an auxiliary source. The adaptation levels of the voltage between sources and load in the vehicle requires two DC-DC converters, the first is a Boost, the second is a Buck / Boost, to regulate the DC link voltage and to impose the power required by the load. With an aim of establishing an optimal control of the power management in fuel cell vehicle. It is to calculate the reference power of the supercapacitors which minimizes energy provided by the fuel cell, starting from the power demanded from the load (motorization and auxiliaries). This control law must take into account the constraints imposed on the system. These constraints relate to the limitation of the power of the fuel cell and its dynamic response. The power management in fuel cell vehicle allow to determine the reference supercapacitors pack current trajectory which is regulated by sliding mode control via the bidirectional DC-DC converter. The dc link voltage is regulated also by sliding mode control via the unidirectional DC-DC converter

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Benmouna, Amel. "Gestion énergétique reconfigurable d'un véhicule électrique basée sur l'identification en ligne des sources embarquées." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCA020.

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Abstract:

Ce sujet de thèse porte sur l’étude de la gestion énergétique reconfigurable d’un véhicule électrique basée sur l’identification en ligne des sources embarquées. Ces dernières années, la gestion d’énergie d’un système hybride pour les applications automobiles a fait l’objet d’un grand nombre de travaux de recherche. Dans cette étude, la chaine énergétique considérée se constitue d’une pile à combustible comme source principale, de sources de stockage à savoir les batteries et/ou les supercondensateurs, de convertisseurs pour chaque source et enfin d’une charge émulant la demande en puissance. En effet, le problème qui se pose dans les systèmes hybrides est de trouver une stratégie permettant une meilleure répartition de la puissance électrique entre les différentes sources embarquées, ce qui constitue l’apport de ce travail de recherche. Ainsi que de définir des lois de gestion énergétique en considérant des mesures faites en temps réel dans le but d’augmenter la durée de vie et la fiabilité des sources d’une part, et la disponibilité du véhicule électrique d’autre part. Dans ce travail de thèse, le contrôle non linéaire nommé IDA-PBC (Interconnection and Damping assignment-Passivity Based Control) est utilisé avec la structure PCH (Port Controlled Hamiltonian) qui permet de présenter des propriétés structurelles du système à savoir l'énergie totale du système, l'amortissement et les interconnexions d'états. La méthode IDA-PBC est une technique non linéaire puissante, elle est considérée comme un moyen général pour stabiliser une grande classe de systèmes physiques. Dans une seconde partie de ce travail, une stratégie de gestion de l'énergie optimale est proposée pour le système hybride étudié qui est la combinaison entre l’IDA-PBC et la méthode d’Hamiltonian Jacobi Bellman. La preuve de stabilité est donnée et l'efficacité de la stratégie proposée est démontrée. Plusieurs validations expérimentales valident ce travail
This thesis deals with the study of the reconfigurable energy management of an electric vehicle based on the online identification of embedded sources. In recent years, the energy management of a hybrid system for automotive applications has been the subject of a great number of research. In this study, the energy chain considered consists of a fuel cell as the main source, storage sources such as batteries and/or supercapacitors, converters for each source and finally a load emulating the power demand. Indeed, the problem in hybrid systems is to find a strategy for a better distribution of electrical power between the different embedded sources, which is the added value of this research work. As well as defining energy management laws by considering real-time measurements in order to increase the lifespan and reliability of sources on the one hand, and the availability of the electric vehicle on the other hand. In this thesis, the nonlinear control called IDA-PBC (Interconnection and Damping assignment-Passivity Based Control) is used with the PCH (Port Controlled Hamiltonian) structure which allows to present structural properties of the system namely total system energy, damping and state interconnections. The IDA-PBC method is a powerful nonlinear technique, it is considered as a general means to stabilize a large class of physical systems. In a second part of this work, an optimal energy management strategy is proposed for the hybrid system under study, which is the combination of IDA-PBC and Hamiltonian's Jacobi Bellman method. Proof of stability is provided and the effectiveness of the proposed strategy is demonstrated. Several experimental validations are presented

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Garnit, Sadok. "Etude d'un système de génération d'électricité comportant une pile à combustion PEM et un générateur d'hydrogène pour la voiture électrique." Paris, ENMP, 2002. http://www.theses.fr/2002ENMP1118.

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Delime, Fabien. "Etude d'électrocatalyseurs dispersés à base de platine pour l'oxydation de l'éthanol en vue d'une application à une pile à combustible pour le véhicule électrique." Poitiers, 1997. http://www.theses.fr/1997POIT2350.

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Abstract:

L'utilisation de l'ethanol dans une pile a combustible necessite la recherche de catalyseurs permettant d'augmenter les courants d'oxydation de l'alcool a bas potentiel et de diminuer l'empoisonnement rencontre avec le platine seul. Dans un premier temps, des etudes ont ete menees en demi-pile sur des electrodes modeles pt-nafion. La methode de preparation des electrodes a ete optimisee vis a vis de la dispersion du metal. Grace aux conditions determinees par l'emploi de plans d'experience, il est possible de preparer des electrodes pt-nafion de forte rugosite, sur lesquelles l'electrooxydation de l'ethanol est decalee vers les plus bas potentiels. Par ailleurs, l'activite de l'electrode pt-nafion a ete augmentee par l'emploi de catalyseurs bimetalliques pt-ru ou pt-sn. L'etude d'electrodes pt-sn-pem par tem a montre que l'etain est preferentiellement depose a la surface de l'electrode, formant des particules pt-sn, dont la composition atomique et la structure cristallographique ont ete determinees. Dans un second temps, des etudes ont ete menees en pile ethanol-o#2 a membrane echangeuse de protons. Les courbes de polarisation anodique ont montre que les couples pt-ru et pt-sn permettent une diminution consequente de la surtension anodique, ameliorant d'autant les performance de la pile ethanol-o#2.

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Castaings, Ali. "Gestion d’énergie de véhicules multi-sources électriques et hybrides au travers de la représentation énergétique macroscopique." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10025/document.

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Abstract:

Les véhicules routiers sont à une étape majeure de leur histoire. Face aux enjeux actuels d’ordre économiques et environnementaux, le véhicule routier du futur se doit d’être le moins énergivore et avoir une empreinte environnementale la plus réduite possible. Les véhicules multi sources représentent des solutions intéressantes afin de répondre à ces préoccupations. Cependant, ces véhicules utilisent des systèmes de propulsion particulièrement complexes tant au niveau de leur architecture que de leur commande. En particulier, la gestion des différentes sources d’énergie représente un point clé pour l’efficacité énergétique et environnementale des véhicules à concevoir. Elle devient un réel challenge dès que l’on dépasse le nombre usuel de deux sources comme dans le cas des véhicules hybrides actuels et des véhicules électriques mixtes (batterie et supercondensateurs). L’objectif des travaux relatifs à cette thèse est de proposer une méthodologie structurée pour la synthèse de la gestion d’énergie en temps réel, de véhicules multi-sources électriques ou hybrides. Cette démarche s’appuie sur une approche systémique utilisant la modélisation et la Représentation Energétique Macroscopique (REM) en tant qu’outil d’aide à la synthèse des modèles et de la commande associée. Une démarche systématique pour la synthèse des stratégies basées sur la commande optimale a été ensuite associée à cet ensemble profitant de la REM comme outil structurant. En effet, la REM respectant la causalité « physique » (causalité intégrale) d’une part, et permettant d’effectuer une distinction claire entre la commande dite « locale » et le niveau « stratégie » d’autre part, la formulation du problème de commande optimale est réalisée de manière efficace et structurée. Ainsi, en partant du cas du véhicule électrique avec un système multi-source batterie/supercondensateurs déjà étudiée dans la littérature, la méthode a été appliquée pour la synthèse d’une loi de gestion d’énergie basée sur la commande optimale. Ensuite, des sources ont été rajoutées pour passer au cas de trois sources en incluant une Pile à combustible puis quatre sources en rajoutant un groupe électrogène. Les principes développés sont validés par simulation et par l’intermédiaire de tests expérimentaux, afin de s’assurer entre autres, de la faisabilité en temps réel des stratégies développées
Road vehicles are at a turning point of their history. In order to face economic and environmental challenges, road vehicle of the future must be less energy-consuming and less polluting. Multi sources vehicles represent interesting solutions in order to comply with these challenges. However, these vehicles use particularly complex propulsion systems, both on the architecture level and the control level. The management of the different energy sources represents a key issue for the energy efficiency of the vehicles to be designed. It becomes a real challenge as soon as one exceeds the usual number of two sources, as in current hybrid vehicles and mixed electric vehicles (battery and supercapacitors). The objective of the works relative to this thesis is to propose a structured method for the synthesis the energy management in real time, of electric or hybrid multi-sources vehicles. This approach is based on a systemic approach using the modeling and Energetic Macroscopic Representation (EMR) as a tool of assistance to the synthesis of the models and the related control. A systematic way for the synthesis of the strategies based on optimal control, has been associated benefitting from EMR tool. Indeed, EMR respecting “physical” causality (integral causality) on the one hand, and giving a clear distinction between the control level known as “local” and the “strategy” level on the other hand, the formulation of the optimal control problem is carried out and efficiently structured. Thus, on the basis of the electric vehicle case with a multi-source system battery/supercapacitors already studied in the literature, the method was applied for the synthesis of an energy management law based on the optimal control. Then, sources were added to pass to the case of three sources by including a Fuel cell, then four sources by adding a generator set. The developed principles are validated by simulation and experimental tests, in order to assess the feasibility in real time of the developed strategies

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Collong, Sophie. "Conception des systèmes mécaniques complexes en comportement dynamique. Contribution à une démarche physico-fiabiliste à partir d'un système à pile à combustible pour véhicule électrique à hydrogène." Thesis, Belfort-Montbéliard, 2016. http://www.theses.fr/2016BELF0283/document.

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Abstract:

L ’intégration de systèmes mécaniques complexes soumis à des environnements vibratoirescontraignants nécessite de tenir compte, dès la conception, des sollicitations réelles d’usage.La thèse montre que l’environnement vibratoire ainsi que la durée d’exposition dépendent del’utilisation qui sera faite d’un système tout au long de son cycle de vie. L’ évaluation de sonl’utilisation repose sur l’ évolution conjointe du comportement des utilisateurs et du développementde la technologie du système.L’analyse de la sûreté de fonctionnement d’un système mécanique complexe a permis de considérerle système dans son ensemble et d’investiguer ainsi de fac¸on approfondie le comportementdynamique de composants critiques. La modélisation simple de systèmes mécaniques précisequalitativement et quantitativement les comportements dynamiques principaux et simule lessollicitations vibratoires auxquelles un composant critique identifié est soumis. Sur cette base, lamodélisation du comportement d’un composant mécanique permet d’ évaluer le dommage par fatiguequ’il subira. Cet indicateur apporte au concepteur une aide aux choix de la géométrie du composant.Enfin, l’environnement climatique ainsi que des impacts li ´es au fonctionnement interne du système,ont ´ et ´e pris en compte par la réalisation d’essais vibro-climatiques en fonctionnement. Ces étudesont été menées sur un système à pile à combustible intégré à un véhicule électrique à hydrogène.Elles ont permis de mettre au point un cheminement comme appui `a la conception des systèmesmécaniques complexes.Le cheminement pluridisciplinaire propos´e dans cette thèse repose donc sur l’interaction de travauxde recherche issus principalement des domaines de la sociologie, de la sûreté de fonctionnement etde la mécanique
The integration of complex mechanical systems subject to stringent vibration environments requiresconsideration of the real conditions of use from the beginning of the design phase.The thesis shows that the vibration environment and the duration of exposure to this environmentdepend on the use of the system throughout its life cycle. The evaluation of its use is based on thejoint evolution of both the user behavior and the system technology development.The dependability analysis of a complex mechanical system leads to consider the system as a wholeand thus to investigate in depth the dynamic behavior of critical components. A basic modeling ofthe mechanical system allows to qualitatively and quantitatively identify key dynamic behaviors anddetermines the vibration loads to which selected critical components are subjected. On this basis,modeling the behavior of a mechanical component leads to assess its fatigue damage. This indicatorhelps the designer in his choice of component geometry.Finally, the climatic environment as well as effects related to the internal functioning of the system,have been taken into account by performing vibro-climatic tests of on an operating systems, i.e. a fuelcell system integrated into a hydrogen electric vehicle. This helped to develop a procedure to supportthe design of complex mechanical systems

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Guilbert, Damien. "Tolérance aux défauts et optimisation des convertisseurs DC/DC pour véhicules électriques à pile à combustible." Thesis, Belfort-Montbéliard, 2014. http://www.theses.fr/2014BELF0245/document.

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Abstract:

Ces dernières années, la fiabilité et la continuité de service des chaînes de traction sont devenus des défis majeurs afin que les véhicules électriques puissent accéder au marché grand public de l’automobile. En effet, la présence de défauts dans les chaînes de traction peut conduire à des dysfonctionnements dans les véhicules et ainsi réduire ses performances par rapport aux véhicules conventionnels. Dans l’hypothèse où des défauts électriques se produisaient, les chaînes de traction des véhicules électriques à pile à combustible devraient inclure des topologies et/ou contrôles tolérants aux défauts pour les différents convertisseurs DC/DC et DC/AC. Dans le cadre de ce travail de recherche, un focus est fait sur le convertisseur DC/DC associé à la pile à combustible de la chaine de traction. Ce dernier doit répondre aux problématiques majeures des applications véhicule électrique à pile à combustible à savoir : faible masse et petit volume, haute efficacité énergétique, réduction de l’ondulation de courant d’entrée et fiabilité. A la base d’une recherche bibliographique poussée sur les structures non-isolées et isolées appropriées pour des applications PàC, une topologie de convertisseur DC/DC entrelacé a été choisie permettant de respecter les contraintes des véhicules électriques à pile à combustible.Ce travail de thèse a ensuite consisté à dimensionner et contrôler la structure de convertisseur DC/DC tolérante aux défauts choisie pour les véhicules à PàC. Des algorithmes de gestion des modes dégradés de ce convertisseur ont été développés et implémentés expérimentalement. A ce titre, l’interaction PàC-convertisseur DC/DC a été étudiée. Une approche théorique, de simulation et expérimentale a été mise en oeuvre pour mener à bien ce travail
Over the last years, reliability and continuity of service of powertrains have become major challenge so that the fuel cell electric vehicles (CFEV) can access to the mass automotive market. Indeed, the presence of faults in powertrains can lead up to malfunctions in the vehicle and consequently reduce its performances compared with conventional vehicles. In the case of electrical faults, powertrains of FCEV have to include fault tolerant topology and/or control for the different DC/DC and DC/AC converters. Within the framework of this research work, the study is focused on DC/DC converter combined with a Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC). The DC/DC converter must respond to challenging issues in FCEV applications such as: low weight and small volume, high energy efficiency, fuel cell current ripple reduction and reliability. Basing on a thorough bibliographical study on non-isolated and isolated DC/DC converter topologies, an interleaved DC/DC boost converter has been chosen, meeting the FCEV requirements.The purpose of this thesis has then consisted in sizing and controlling the chosen fault-tolerant DC/DC converter topology for FCEVs. Algorithms for degraded mode management of this converter have been developed and implemented experimentally. As such, the interaction between PEMFC and interleaved DC/DC boost converter has been investigated. A theoretical approach, simulation and experimental results have been carried out to complete this work

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Gailly, Frédéric. "Alimentation électrique d'un site isolé à partir d'un générateur photovoltaïque associé à un tandem électrolyseur/pile à combustible (batterie H2/O2)." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2011. http://oatao.univ-toulouse.fr/11527/1/Gailly_Frederic.pdf.

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Abstract:

Les systèmes à énergies renouvelables couplés à un stockage hydrogène apportent des solutions nouvelles et innovantes à l'alimentation électrique des milieux peu ou non électrifiés. Le concept de batterie H2 qui équipe ce type de système est une forme de stockage originale qui apporte l'autonomie et l'indépendance électrique pour des longues durées (typiquement stockage saisonnier). Le fonctionnement de cette batterie H2 est le suivant : un électrolyseur produit des gaz (H2 et O2) avec les surplus d'énergie de la source renouvelable ; l'hydrogène, voire l'oxygène, est ensuite stocké dans des réservoirs pour être utilisé ultérieurement grâce à une pile à combustible lorsque la source renouvelable est insuffisante. Dans cette étude, nous nous intéresserons spécifiquement au couplage entre des générateurs photovoltaïques avec une batterie H2/O2 pour l'alimentation d'un site isolé sans interruption. Ces travaux de recherche s'inscrivent dans le projet ANR PEPITE (ANR-PanH 2007-2012) et ont été menés en partenariat avec HELION Hydrogen Power, le CEA Liten et l'Université de Corse. Le projet est également labellisé par les pôles de compétitivité CAPENERGIES et TENERRDIS. Tout d'abord, une réflexion générale s'appuyant sur les propriétés d'une batterie H2/O2 démontre la nécessité d'introduire une batterie (ici au plomb) pour garantir un fonctionnement instantané et sans interruption. Puis, une étude qualitative sur les architectures électriques possibles (bus de tension DC, AC…) a été menée pour s'achever sur une étude quantitative réalisée spécifiquement pour le projet PEPITE. Parallèlement à cela, différentes stratégies de gestions énergétiques ont été proposées afin d'utiliser les deux stockages dans les meilleures conditions, de limiter leur vieillissement ainsi que les pertes. Deux bancs d'essais à échelle réduite (un premier à bus DC et un second à bus AC) ont été réalisés au sein du laboratoire LAPLACE afin de valider les études et de préparer le prototype final qui sera testé sur le site de HELION Hydrogen Power au cours de l'été 2011.

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Kong, Suyao. "Advanced passivity-based control for hybrid power systems : application to hybrid electric vehicles and microgrids." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2020. http://indexation.univ-fcomte.fr/nuxeo/site/esupversions/a01b06c5-fb6c-452d-bd16-02b269cd0bb9.

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Abstract:

Un système hybride à base de pile à combustible (PàC) est une solution efficace pour faire face aux problèmes de pollution atmosphérique et de pénurie des combustibles fossiles. Cette thèse se concentre sur la conception de la commande pour les systèmes d'alimentation hybrides à base de PàC, et appliquée à deux applications : le véhicule électrique et le centre de données alimenté par un micro-réseau.Tout d'abord, cette thèse propose une commande basée sur la passivité pour un système hybride PàC/supercondensateurs (SCs). Cette commande a été conçue via la méthode de conception IDA-PBC (Interconnection and Damping Assignment - Passivity Based Control), afin de résoudre le problème de coordination des convertisseurs. L'état de charge des SCs ainsi que toutes les limitations sont intégrés directement dans la loi de commande. Un banc d'essais PHIL (Power Hardware-in-the-loop) est utilisé pour la validation. Ensuite, un filtre de Kalman étendu (EKF) est combiné avec la commande proposée, pour prévoir l'état de santé (SoH) de la pile à combustible. Enfin, un banc d'essais HIL (Hardware-in-the-loop) basé sur un FPGA INTEL / ALTERA est conçu afin de valider le fonctionnement des algorithmes en temps réel pour un véhicule commercial.Pour l'application à un micro-réseau, une commande passive est proposée pour un système hybride comprenant des panneaux photovoltaïques, une PàC, des SCs et un électrolyseur. La faisabilité de cette commande est validée par les résultats expérimentaux sur un banc d'essai PHIL. Ce travail est intégré au projet ANR DATAZERO.La nouveauté principale de cette commande est qu'elle intègre certaines contraintes de composants directement dans la loi de commande, en préservant la stabilité de l’ensemble du système, en boucle fermée
A Fuel cell (FC) hybrid power system is a promising solution to deal with the atmospheric pollution and fossil fuels shortage problems. This thesis focuses on the controller design for FC hybrid power systems, towards two applications: the hybrid electrical vehicle and the microgrid-powered datacenter.Firstly, this thesis proposes an advanced passivity-based control for a FC/super-capacitors (SCs) hybrid system. In order to solve the converters coordination problem, a controller designed using the design method Interconnection and Damping Assignment - Passivity-Based Control (IDA-PBC) is applied, which considers the state-of-charge of the SCs as well as voltage and current limitations. The proposed controller is validated on a Power Hardware-in-the-loop (PHIL) platform. Then an Extended Kalman Filter (EKF) is applied to forecast the State-of-Health (SoH) of the fuel cell and is combined with the proposed controller. Finally, a Hardware-in-the-loop (HIL) platform based on an INTEL/ALTERA FPGA is designed in order to validate the real-time operation of the algorithms for a specific case study with a commercial vehicle.For microgrid applications, a passivity-based controller for a hybrid power supply system for a green datacenter is proposed, including photovoltaic panels, a fuel cell, SCs and an electrolyzer. The feasibility of this non-linear controller is proven by the simulation results and experimental validation on a PHIL test bench. This work is integrated into the ANR DATAZERO project.The main novelty of the proposed controller is that it integrates some component constraints directly into the controller equations, while the locally asymptotic stability of the whole closed-loop system is preserved

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Ceschia, Adriano. "Méthodologie de conception optimale de chaines de conversion d’énergie embarquées." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPAST023.

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Abstract:

Les travaux proposés dans cette thèse s’inscrivent dans le cadre de l’électrification des systèmes embarqués au travers du développement de nouvelles chaines hybrides de conversion d’énergie ; celle-ci se fondant sur de nouvelles motorisations et combinaison de sources d’énergies complémentaires. Ces systèmes présentent de nombreux degrés de liberté, tant vis-à-vis des paramètres de ses constituants, que des réglages des lois de contrôle qui leurs sont associées. L’optimisation (technico-économique) pertinente de ces chaines de conversion complexes repose donc sur l’aptitude des méthodes de recherche d’intégrer simultanément les paramètres macroscopiques des composants ainsi que leurs contraintes technologiques, les conditions aléatoires imposées par l’environnement sur un cycle de fonctionnement et enfin les algorithmes de contrôle de bas niveau comme la gestion énergétique globale. Les performances de ces systèmes reposent sur la capacité des méthodologies de conception à considérer les contraintes multi-physiques liées à leur environnement réel, l’adéquation des technologies, des topologies et des lois de commandes permettant d’intégrer et d’associer efficacement leurs constituants. Dans ce contexte, ces travaux de thèse visent à développer des outils et des méthodes permettant l’optimisation des architectures de puissance et de leurs constituants, en intégrant dès la première phase de conception les notions de contrôle-commande et de gestion énergétique. Ils se déploieront sur l'étude d’une chaîne de conversion hybride électrifiée fondée sur une l’association pile à combustible / batterie.Pour ce faire, une approche globale de conception est proposée, utilisant une stratégie bi-niveau qui considère le problème de la gestion d’énergie directement à l'intérieur du problème de dimensionnement et intègre d’une manière progressive au même niveau plusieurs critères de performance: consommation d’énergie, fiabilité et encombrement. L’approche en question adopte alors deux boucles d'optimisation imbriquées: la boucle externe, basée sur les performances de la PSO (Particle Swarm Optimization), s’occupe du dimensionnement, tandis que la boucle interne agit sur la gestion d’énergie, utilisant la rapidité de la commande optimale. Cela offre un champ d’exploration plus vaste qu’une approche conventionnelle et permet d’atteindre les meilleures performances d’optimisation des sources d’énergie embarquées (minimiser la consommation, respecter les contraintes de fonctionnement de chaque constituant ainsi que les durées de vie cibles, satisfaire les exigences de la charge) avec une convergence rapide ainsi que de bonnes robustesse et précision. Outre ce couplage fort entre dimensionnement et gestion d’énergie, il s’agit de prendre en compte le caractère incertain de l’utilisation en proposant une optimisation robuste du dimensionnement final. Cela nécessite une stratégie de gestion énergétique en temps réel. Ainsi, une extension de l’approche de conception est proposée pour le fonctionnement temps réel utilisant une interaction entre reconnaissance du mode de conduite et contrainte énergétique basée sur l’apprentissage, permettant ainsi de garantir une meilleure intégration de l’approche développée
The research work proposed in this thesis falls within the context of embedded systems electrification with the development of a new hybrid power conversion chain, with new energy sources and powertrains. These systems offer many degrees of freedom regarding both the devices parameters and the tuning values of the associated control laws. The relevant (technico-economic) optimization of these complex power chains relies on the ability of the best-set algorithm to combine simultaneously the main parameters and the technological constraints of each component, the uncertain environmental conditions faced during areal use and finally the control algorithms as well as the global energy management. Their performances are based on the capacity of the design approaches to consider the real environment multiphysic constraints, the adequacy of the technologies, the topologies and the control laws, allowing to integrate and to associate effectively their constituents. In this context, this research work aims at developing tools and methods allowing the optimization of the power architectures and their components (hybrid energy conversion) by integrating in the design process the control-command and the energy management aspects. They consider a use case based on hybrid Fuel cell / Battery power system.For this purpose, a new nested methodology for complex system is been suggested. It enables to tackle large search spaces and considers different performance indexes (energy saving, reliability and volume). It simultaneously tunes and designs the energy management and component sizing by optimizing the main powertrain parameters while respecting the specifications. Technically, it uses two nested loops, combining the particle swarm optimization (PSO) technique’s performance and the rapid optimal control algorithm. This strategy addresses vast search spaces, achieves faster convergence to the global optimal integer design solution, and provides a good accuracy and robustness. In order to consider the randomness feature of real driving cycle (stochastic characteristic), a real time energy management strategy (EMS) was introduced based on an extension of the design approach, which increases its availability. By using machine-learning technique, an estimation of the current driving mode is developed and permits to guide the online energy management system

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Solano, Javier. "Modélisation et supervision des flux énergétiques à bord d'un véhicule hybride lourd : approche par logique floue de type-2." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00699896.

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Abstract:

Le transport des personnes et des marchandises représente plus de 25% de la consommation d'énergie et est l'une des principales sources de pollution dans le monde. Plusieurs efforts doivent être faits pour réduire la dépendance du pétrole, la consommation d'énergie et l'impact environnemental des systèmes de transport. Dans cette perspective, la Direction Générale de l'Armement a soutenu la conception et la réalisation du banc d'Evaluation de Composantes de la Chaine Electrique (ECCE). Il s'agit d'un laboratoire mobile qui permet d'évaluer dans des conditions d'utilisation réelles, les différentes composantes énergétiques utilisées dans les véhicules électriques. Les travaux de cette Thèse de Doctorat s'inscrivent dans le contexte du projet ECCE. Le principal objectif est de concevoir, d'implanter et de valider expérimentalement un système temps réel de gestion d'énergie pour véhicule électrique hybride. L'architecture énergétique retenue pour cette étude comporte un banc de batteries au plomb, un système pile à combustible et un banc de supercondensateurs. Nous proposons un système de gestion d'énergie qui permet de prendre en compte l'expertise de plusieurs spécialistes sur ces sujets. La conception du système de gestion d'énergie est ainsi réalisée en utilisant une enquête conçue pour extraire la connaissance des experts du domaine (10 experts de différentes affiliations). La logique floue de type 2 permet d'intégrer de l'incertitude dans les réponses et ainsi de considérer simultanément les différents avis des experts. Ce travail présente dans une première partie l'étude des modèles des sources énergétiques et de la structure de commande du véhicule. Cette structure est basée sur la Représentation Energétique Macroscopique (REM). Des résultats de simulation et de validation expérimentale d'une méthodologie pour paramétrer le modèle équivalent des supercondensateurs sont également présentés. La deuxième partie est consacrée à l'étude des systèmes logique floue de type 2. Ces systèmes sont étudiés et présentés en utilisant un exemple numérique. En complément des travaux menés sur l'implantation logicielle de la logique floue de type 2, une application a été conçue, implantée et validée expérimentalement : il s'agit du contrôle de la tension de sortie d'un hacheur dévolteur. L'objectif principal de cette application était de permettre une pré-validation de l'application de la logique floue de type 2 dans le cas d'applications industrielles. Finalement, le système de gestion d'énergie proposé a été validé successivement par des simulations, des essais statiques expérimentaux, des essais de roulage en mode d'opération normale et en mode d'opération dégradée. Nous avons mis en évidence que la logique floue de type 2 est particulièrement bien adaptée pour des applications temps réel dans le domaine du génie électrique.

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Zhou, Tao. "Commande et supervision énergétique d'un générateur hybride actif éolien incluant du stockage sous forme d'hydrogène et des super-condensateurs pour l'intégration dans le système électrique d'un micro réseau." Phd thesis, Ecole Centrale de Lille, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00474041.

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Abstract:

Un système hybride multi-source est étudié dans cette thèse pour la génération dispersée basée sur des sources d'énergie renouvelable et des systèmes de stockage d'énergie. Il comprend un générateur éolien comme source d'énergie primaire, des super-condensateurs comme système de stockage à dynamique rapide, des piles à combustible et des électrolyseurs comme système de stockage sur le long terme sous forme d'hydrogène. Ils sont tous connectés à un bus continu commun et un onduleur est utilisé pour la connexion du système entier au réseau. Dans ce mémoire, nous avons présenté la modélisation du système, la conception du contrôle y compris des stratégies de répartition des flux de puissance et la gestion énergétique. Cette centrale hybride peut finalement générer des puissances lissées et contrôlables comme la plupart des générateurs classiques. Les performances ont été testées en simulation numérique et aussi sur un prototype expérimental. Les contributions scientifiques principales de cette thèse sont les suivantes : l'utilisation et l'adaptation des formalismes pour la modélisation des systèmes complexes et la conception de leur commande ; la conception et la réalisation expérimentale des émulateurs pour réduire le temps et le cout du développement du prototype expérimental ; la proposition et la validation de deux stratégies de gestion des puissances pour la régulation du bus continu et le contrôle des puissances transitées au réseau et enfin la proposition des stratégies de supervision énergétique avec la définition des modes de fonctionnement pour le générateur actif éolien afin d'assurer une disponibilité énergétique

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Zhou, Tao. "Commande et supervision énergétique d’un générateur hybride actif éolien incluant du stockage sous forme d’hydrogène et des super-condensateurs pour l’intégration dans le système électrique d’un micro réseau." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2009. http://www.theses.fr/2009ECLI0010/document.

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Abstract:

Un système hybride multi-source est étudié dans cette thèse pour la génération dispersée basée sur des sources d’énergie renouvelable et des systèmes de stockage d’énergie. Il comprend un générateur éolien comme source d’énergie primaire, des super-condensateurs comme système de stockage à dynamique rapide, des piles à combustible et des électrolyseurs comme système de stockage sur le long terme sous forme d’hydrogène. Ils sont tous connectés à un bus continu commun et un onduleur est utilisé pour la connexion du système entier au réseau. Dans ce mémoire, nous avons présenté la modélisation du système, la conception du contrôle y compris des stratégies de répartition des flux de puissance et la gestion énergétique. Cette centrale hybride peut finalement générer des puissances lissées et contrôlables comme la plupart des générateurs classiques. Les performances ont été testées en simulation numérique et aussi sur un prototype expérimental. Les contributions scientifiques principales de cette thèse sont les suivantes : l’utilisation et l’adaptation des formalismes pour la modélisation des systèmes complexes et la conception de leur commande ; la conception et la réalisation expérimentale des émulateurs pour réduire le temps et le cout du développement du prototype expérimental ; la proposition et la validation de deux stratégies de gestion des puissances pour la régulation du bus continu et le contrôle des puissances transitées au réseau et enfin la proposition des stratégies de supervision énergétique avec la définition des modes de fonctionnement pour le générateur actif éolien afin d’assurer une disponibilité énergétique
A hybrid power system is studied in this thesis for the distributed generation based on renewable energy resources and energy storage systems in microgrid applications. It consists of a wind generator as primary energy source, super-capacitors as fast-dynamic storage system, fuel cells and electrolyzers as long-term storage system in hydrogen. They are all connected to a common DC bus and an inverter is used for the connection of the whole system to the grid. In this thesis, we have presented the system modeling, the control design including the power balancing and energy management strategies. This hybrid power system can finally supply controllable smooth powers as most conventional power plants. The performances have been tested in numerical simulations and also on an experimental test bench. As result, it is able to provide ancillary services to the microgrid. The main scientific contributions of this thesis are: the use and the adaptation of the graphical tools for the modeling of complex systems and their design; the design and the experimental implementation of real-time emulators in order to reduce the time and the cost of an experimental platform; the proposition and the validation of two power balancing strategies for the DC-bus voltage regulation and the grid power control and finally the proposition of energy management strategies for the active wind generator to ensure the energy availability

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Zandi, Majid. "Contribution au pilotage des sources hybrides d’énergie électrique." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2010. http://www.theses.fr/2010INPL071N/document.

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Abstract:

Ce mémoire traite du pilotage de systèmes hybrides de puissance électrique. Les sources principales d’énergie sont un système photovoltaïque et une pile à combustible. Les sources secondaires sont un pack de batteries et un pack de supercondensateurs. Le dimensionnement des sources secondaires est réalisé afin de gérer les transitoires de puissances et de fournir l’appoint d’énergie lorsque celle issue des sources principales est insuffisante. Les sources principales, quant à elles, fournissent l’énergie à la charge en régime permanent. Le contrôle des flux d’énergies et les asservissements de puissance utilisés dans cette thèse sont basés sur le concept de platitude des systèmes différentiels. Ils permettent d’obtenir des propriétés dynamiques élevées en asservissement et en régulation. Le superviseur, permettant de répartir la puissance entre les différents organes de stockage, est réalisé à base de contrôleur flou et assure que les supercondensateurs avec leur convertisseur d’interface sont utilisés comme filtre de puissance et apportent l’énergie en régime transitoire. En revanche, les batteries fournissent ou absorbent l'énergie sur des durées plus longues
This thesis deals with the control of electrical hybrid system. The main sources consist in an association of photovoltaic and fuel cell system. The secondary sources are a bank of batteries and a bank of supercapacitors. The sizing of secondary sources is realized to manage the power during the transient state and provide extra energy when the power of main sources is insufficient in steady state. The main sources provide the essential energy of the electrical hybrid system during steady state. The control of energy flows and power tracking used in this thesis are based on the flatness technique. This control system allows obtaining high dynamic properties in the power tracking and the regulation of system. The supervisor for sharing the power between the different storage devices is realized thanks to a fuzzy logic controller. This controller ensures that the bank of supercapacitors with its interface converter is used as a power filter and provides the energy in transient states. However, the bank of batteries provides or absorbs the energy in longer periods especially during recovery or overload modes

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Wang, Hanqing. "Design and control of a 6-phase Interleaved Boost Converter based on SiC semiconductors with EIS functionality for Fuel Cell Electric Vehicle." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCA009/document.

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Abstract:

Cette thèse traite l’étude et le contrôle d’un hacheur élévateur à 6 phases entrelacées basé sur des semi-conducteurs en carbure de silicium (SiC) et des inductances couplées inverses pour véhicules électriques à pile à combustible (FCEV). . L'ondulation du courant dans la pile est combustible est considérablement réduite et la durée de vie de celle-ci peut être prolongée. Les semi-conducteurs en SiC, en raison de leurs faibles pertes, permettent de meilleures performances thermiques et une fréquence de commutation plus élevée. Les volumes des composants passifs (inductances et condensateurs) sont ainsi réduits. Grâce aux inductances à couplage inverse, les pertes du noyau magnétique et du bobinage sont réduites.La stratégie de contrôle par mode glissant est développée en raison de sa grande robustesse face aux variations de paramètres. La fonctionnalité de détection en ligne de spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE) est intégrée avec succès à l’algorithme de contrôle par mode glissant.La validation HIL (Hardware In the Loop) en temps réel du convertisseur proposé est obtenue en implémentant la partie puissance dans le FPGA et la partie commande dans le microprocesseur du système de prototypage MicroLabBox de dSPACE. La comparaison entre la simulation hors ligne et la validation HIL a démontré le comportement dynamique du convertisseur proposé et validé la mise en œuvre du contrôle dans un contrôleur en temps réel avant de futurs tests sur un banc d'essai expérimental à échelle réduite
The objective of this thesis work is devoted to the design and control of a DC/DC boost converter for Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV) application. A 6-phase Interleaved Boost Converter (IBC) based on Silicon Carbide (SiC) semiconductors and inversed coupled inductors of cyclic cascade structure is proposed. The input current ripple is reduced significantly and the lifespan of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) can be extended. Low power losses, good thermal performance and high switching frequency have been gained by the selected SiC-based semiconductors. The volumes of passive components (inductors and capacitors) are reduced. Thanks to the inverse coupled inductors, the core losses and copper losses are decreased and the compact magnetic component is achieved.Sliding-Mode Control (SMC) strategy is developed due to its high robust to parameter variations. on-line Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) detection functionality is successfully integrated with SMC. No additional equipment and sensor is required.The real-time Hardwar In the Loop (HIL) validation of the proposed converter is achieved by implement the power part into the FPGA and the control into the microprocessor in the MicroLabBox prototyping system from dSPACE. The comparison between off-line simulation and HIL validation demonstrated the dynamic behavior of the proposed converter and validated the implementation of the control into a real time controller before future tests on experimental test bench

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Solano, Martinez Javier Enrique. "Modélisation et supervision des flux énergétiques à bord d'un véhicule hybride lourd : approche par logique floue de type-2." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00947626.

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Abstract:

Le transport des personnes et des marchandises représente plus de 25% de la consommation d'énergie et est l'une des principales sources de pollution dans le monde. Plusieurs efforts doivent être faits pour réduire la dépendance du pétrole, la consommation d'énergie et l'impact environnemental des systèmes de transport. Dans cette perspective, la Direction Générale de l'Armement a soutenu la conception et la réalisation du banc d'Evaluation de Composantes de la Chaine Electrique (ECCE). Il s'agit d'un laboratoire mobile qui permet d'évaluer dans des conditions d'utilisation réelles, les différentes composantes énergétiques utilisées dans les véhicules électriques.Les travaux de cette Thèse de Doctorat s'inscrivent dans le contexte du projet ECCE. Le principal objectif est de concevoir, d'implanter et de valider expérimentalement un système temps réel de gestion d'énergie pour véhicule électrique hybride. L'architecture énergétique retenue pour cette étude comporte un banc de batteries au plomb, un système pile à combustible et un banc de supercondensateurs. Nous proposons un système de gestion d'énergie qui permet de prendre en compte l'expertise de plusieurs spécialistes sur ces sujets. La conception du système de gestion d'énergie est ainsi réalisée en utilisant une enquête conçue pour extraire la connaissance des experts du domaine (10 experts de différentes affiliations). La logique floue de type 2 permet d'intégrer de l'incertitude dans les réponses et ainsi de considérer simultanément les différents avis des experts. Ce travail présente dans une première partie l'étude des modèles des sources énergétiques et de la structure de commande du véhicule. Cette structure est basée sur la Représentation Energétique Macroscopique (REM). Des résultats de simulation et de validation expérimentale d'une méthodologie pour paramétrer le modèle équivalent des supercondensateurs sont également présentés. La deuxième partie est consacrée à l'étude des systèmes logique floue de type 2. Ces systèmes sont étudiés et présentés en utilisant un exemple numérique. En complément des travaux menés sur l'implantation logicielle de la logique floue de type 2, une application a été conçue, implantée et validée expérimentalement : il s'agit du contrôle de la tension de sortie d'un hacheur dévolteur. L'objectif principal de cette application était de permettre une pré-validation de l'application de la logique floue de type 2 dans le cas d'applications industrielles. Finalement, le système de gestion d'énergie proposé a été validé successivement par des simulations, des essais statiques expérimentaux, des essais de roulage en mode d'opération normale et en mode d'opération dégradée.Nous avons mis en évidence que la logique floue de type 2 est particulièrement bien adaptée pour des applications temps réel dans le domaine du génie électrique.

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Li, Huan. "Energy consumption minimization strategy for fuel cell hybrid electric vehicles." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2018. http://www.theses.fr/2018UBFCA034/document.

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Abstract:

Le réchauffement climatique, la pollution de l'environnement et l'épuisement des énergies pétrolières ont attiré l'attention de l'humanité dans le monde entier. Les véhicules électriques hybrides à pile à combustible (FCHEV), utilisant l’hydrogène comme carburant et n’émettant aucune émission, sont considérés par les organismes publics et privés comme l’un des meilleurs moyens de résoudre ces problèmes. Cette thèse de doctorat considère un FCHEV avec trois sources d'énergie: pile à combustible, batterie et supercondensateur, ce qui complique l'élaboration d'une stratégie de gestion de l'énergie (EMS) pour répartir la puissance entre différentes sources d'alimentation. Parmi les méthodes de gestion de l'énergie de la littérature actuelle, la stratégie de minimisation de la consommation équivalente (ECMS) a été sélectionnée car elle permet une optimisation locale sans connaissance préalable des conditions de conduite et cela en donnant des résultats optimaux.En raison de la faible densité énergétique du supercondensateur, sa consommation équivalente d'hydrogène est négligée dans la plupart des références bibliographiques, ce qui va non seulement à l'encontre de l'objectif de minimiser la consommation totale d'hydrogène, mais accroît également la complexité du système EMS en raison du besoin d'un système EMS supplémentaire pour calculer la demande en puissance du supercondensateur. Ainsi, une stratégie ECMS à programmation quadratique séquentielle (SECMS) est proposée pour prendre en compte le coût énergétique des trois sources d’énergie dans la fonction objectif. Une stratégie de contrôle basée sur des règles (RBCS) et une stratégie hybride (HEOS) a été également conçues pour être comparée à SECMS. La dégradation des sources d'énergie représente un défi majeur pour la stabilité du système SECMS développé. Basé sur l'estimation en ligne de l'état de santé de la pile à combustible et de la batterie, le système ECMS adaptatif (AECMS) a été implémenté en ajustant le facteur équivalent et le taux de changement dynamique de la pile à combustible. Les résultats de la simulation montrent que l’AECMS peut assurer le maintien de la charge de la batterie et l’augmentation de la durabilité de la pile à combustible.Pour valider les algorithmes de gestion de l'énergie et les modèles numériques proposés, un banc d'essai expérimental a été construit autour de l'interface temps réel DSPACE. La comparaison des résultats de la simulation numérique et des résultats expérimentaux a montré que le système SECMS proposé fonctionne à un rendement maximal, que le supercondensateur fournit la puissance de pointe et que la batterie fonctionne comme un tampon d’énergie. Il a été prouvé que la négligence de la consommation d'hydrogène équivalente au supercondensateur dans l'ECMS conduit à un fonctionnement non optimal. Comparé à RBCS et HEOS, la SECMS a le moins d'hydrogène consommé et le courant de pile à combustible le plus stable
Global warming, environment pollution and exhaustion of petroleum energies have risen their attention of the humanity over the world. Fuel cell hybrid electric vehicle (FCHEV) taking hydrogen as fuel and have zero emission, is thought by public and private organisms as one of the best ways to solve these problems. This PhD dissertation consider a FCHEV with three power sources: fuel cell, battery and supercapacitor, which increases the difficult to design an energy management strategy (EMS) to split the power between the different power sources.Among the EMS available in the current literature, the Equivalent consumption minimization strategy (ECMS) was selected because it allows a local optimization without rely on prior knowledge of driving condition while giving optimal results.Due to low energy density of supercapacitor, its equivalent hydrogen consumption is neglected in most bibliographic references, which not only counter to the aim of minimizing whole hydrogen consumption but also increase the complication of EMS due to the need of an additional EMS to calculate supercapacitor power demand. Thus, a sequential quadratic programming ECMS (SECMS) strategy is proposed to consider energy cost of all three power sources into the objective function. A rule based control strategy (RBCS) and hybrid strategy (HEOS) are also designed in order to to be compared with SECMS. Degradation of energy sources represents a major challenge for the stability of the developed SECMS system. So, based on online estimating state of heath of fuel cell and battery, an adaptive ECMS (AECMS) has been designed through adjusting the equivalent factor and dynamical change rate of fuel cell. The simulation results show that the AECMS can ensure the charge sustenance of battery and the increase of fuel cell durability.To validate the proposed energy management algorithms and the numerical models an exerimental test bench has been built around the real time interface DSPACE. The comparison of the simulation and experimental results showed that the proposed SECMS is operated at around maximum efficiency, supercapacitor supplies peak power, battery works as the energy buffer. It has been proved that the neglect of supercapacitor equivalent hydrogen consumption in ECMS leads to not optimal operation. Compared with RBCS and HEOS, SECMS has least hydrogen consumption and most stable fuel cell current

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Phattanasak, Matheepot. "Étude, modélisation et mise en oeuvre de convertisseurs DC-DC isolés multiport et modulaires." Thesis, Université de Lorraine, 2012. http://www.theses.fr/2012LORR0193/document.

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Abstract:

Cette thèse s'intéresse à l'architecture et à la commande des sources hybrides d'énergie électrique dont la source principale est une pile à combustible et la source auxiliaire un banc de supercondensateurs. Parmi les différentes architectures électroniques de puissance envisageables le choix s'est porté sur un convertisseur isolé multiport réalisé à partir d'un transformateur multienroulement. Chaque élément de ce dispositif (pile à combustible, supercapacités, charge) est connecté à un enroulement par un onduleur de tension. Le contrôle des échanges d'énergie s'effectue par le déphasage entre les ondes de tension délivrées par les onduleurs. L'utilisation de convertisseurs et d'un mode de commande identiques sur chaque port assure le caractère modulaire de l'ensemble. Le modèle du transformateur est établi pour N enroulements. Il est de type polygone ce qui simplifie le calcul des échanges d'énergie entre les ports. Deux méthodes de contrôle de l'ensemble du dispositif sont présentées. La première, classique, utilise un régulateur linéaire pour contrôler la puissance fournie par la pile et la tension de sortie est contrôlée via l'énergie électrostatique stockée dans la capacité de sortie. La limitation de la variation du courant délivré par la pile à combustible est effectuée en limitant la variation de la puissance d'entrée. La deuxième est basée sur le concept de platitude, les variables plates étant l'énergie stockée dans les capacités et les variables de commande les puissances échangées entre la pile et les autres ports. On a déterminé la trajectoire des sortie plates en respectant les différentes contraintes, à savoir la limitation des variation du courant délivré par la pile et la puissance maximale qu'elle délivre ainsi que le courant de charge de la capacité de sortie lors du démarrage. Dans les deux cas, les méthodes de contrôle ont été validées en modes de charge, de surcharge et de récupération par simulation numérique et expérimentalement. Plutôt que d'utiliser un convertisseur 4-port nécessitant le contrôle de 6 échanges entre ports, nous avons choisi d'étudier par simulation la mise en parallèle de deux montages 3-ports connectés sur la même source principale et la même charge. La présence de ces deux convertisseurs permet selon le point de fonctionnement considéré d'optimiser le rendement du dispositif
This thesis deals with architecture and control of hybrid electrical energy sources where the main source is a fuel cell and the auxiliary one, supercapacitors. Among the various possible power electronics architectures, an isolated multi-port converter using a multi winding transformer has been realized. Each element of the device (fuel cell, supercapacitors and load) is connected to one winding by a voltage inverter. The control of energy exchanges is performed by controlling the phase shifts between voltage waveforms delivered by inverters. The use of identical converters and control modes ensures the modular nature of the system. Transformer modeling is performed in general manner for a N-port transformer and the development of a polygon model simplifies the calculation of the energy exchanges between ports. Two control methods are presented. The first method, more conventional, uses a linear regulator to control the power delivered by the fuel cell and the output voltage is controlled via the electrostatic energy stored in the output capacitor. The limitation of the current variation delivered by the fuel cell is performed by limiting the variation of the input power. The second method is based on the concept of flatness. Energies stored in the capacitors are the flat output variables whereas the powers exchanged between the main source and the other ports are the control variables. It was then possible to determine the trajectory of the flat outputs to meet various constraints like the limitation of the current variation delivered by the fuel cell, the fuel cell maximum power, and the current of the output capacitor during startup. Both control methods have been validated in normal, overload and recovery modes by numerical simulation and experimental results. Rather than using a 4-port converter requiring control of six energy exchanges between ports, the paralleling of two 3-port converters connected to the same main source and load using simulation is studied. The presence of these two converters allows optimizing the system efficiency according to the considered operating point

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Chen, Kui. "Modeling and estimation of degradation for PEM fuel cells in real conditions of use for mobile applications." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2020. http://www.theses.fr/2020UBFCA022.

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Abstract:

La PEMFC sont une source d'énergie propre en raison de ses avantages comme une efficacité énergétique élevée, un faible bruit, une température de fonctionnement faible et zéro polluant. Cependant, la courte durée de vie causée par la dégradation a un grand impact sur l'intégration de la PEMFC dans les systèmes de transport. Le pronostic et la gestion de la santé sont un moyen important pour améliorer les performances et la durée de vie de la PEMFC. Cette thèse présente cinq méthodes de pronostic de dégradation pour la PEMFC. Elle examine l'influence des principales conditions de fonctionnement, incluant le courant de charge, la température, la pression d'hydrogène et l'humidité relative, sur la dégradation de la PEMFC. La dégradation globale et les phénomènes réversibles sont analysés en se basant sur les données numériques issues de trois expériences de PEMFC menées dans des conditions différentes d'usage (une flotte de véhicules à PEMFC et deux bancs de test de type laboratoire). Un premier modèle basé sur l'algorithme de filtre de Kalman UKF (Unscented Kalman Filter) et le modèle de dégradation de la tension est proposé pour prédire la dégradation de la PEMFC dans les véhicules électriques à pile à combustible. Puis, la méthode hybride basée sur l'analyse des ondelettes, la machine d'apprentissage extrême et l'algorithme génétique est proposée pour construire un deuxième modèle de dégradation de la PEMFC. Pour prévoir la dégradation du PEMFC avec des données de expérimentales limitées, la méthode améliorée basée sur sur la combinaison du modèle des réseaux de neurones gris, l'optimisation de l'essaim de particules et les méthodes de fenêtre mobile, est utilisée pour développer le troisième modèle. La quatrième contribution est un modèle de pronostic de vieillissement de la PEMFC fonctionnant dans différentes conditions, en utilisant le réseau neuronal de rétro-propagation et l'algorithme évolutif. Enfin, un pronostic de dégradation de la PEMFC basé sur le réseau neuronal en ondelettes et l'algorithme de recherche du coucou est proposé pour prédire la durée de vie restante de la PEMFC
Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) is a clean energy source because of the merits like high energy efficiency, low noise, low operating temperature, and zero pollutants. However, the short lifetime caused by degradation has a great impact on the integration of PEMFC in the transportation systems. Prognostics and health management is an important way to improve performance and remaining useful life for PEMFC. This thesis proposes five degradation prognosis methods for PEMFC. The thesis considers the influence of main operating conditions including the load current, temperature, hydrogen pressure, and relative humidity on the degradation of PEMFC. The global degradation trend and reversible phenomena are analyzed on the basis of data from three PEMFC experiments conducted under different conditions of use (a fleet of 10 PEMFC vehicles and two laboratory test benches). First, the model-driven method based on unscented Kalman Filter algorithm and voltage degradation model is presented to predict the degradation of PEMFC in fuel cell electric vehicles. Then, the hybrid method based on the wavelet analysis, extreme learning machine and genetic algorithm is proposed to build the degradation model of PEMFC. To forecast the degradation of PEMFC with limited experimental data, the improved data-driven method based on the combination of the grey neural network model, the particle swarm optimization and the moving window methods, is used for developing the third model. The fourth contribution is an aging prognosis model of PEMFC operating in different conditions, by using the Backpropagation neural network and evolutionary algorithm. Finally, a degradation prognosis of PEMFC based on wavelet neural network and cuckoo search algorithm is proposed to predict the remaining useful life of PEMFC

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Kandidayeni, Mohsen. "Intégration de diverses conditions de fonctionnement dans l'identification en temps réel et la gestion énergétique d'un véhicule à pile à combustible = Integrating various operating conditions into real-time identification and energy management of a fuel cell vehicle." Thèse, 2020. http://depot-e.uqtr.ca/id/eprint/9314/1/eprint9314.pdf.

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Candusso, Denis. "Hybridation du groupe électrogène à pile à combustible pour l'alimentation d'un véhicule électrique." Phd thesis, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00473337.

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Abstract:

L'objectif de la thèse a été l'étude de l'hybridation d'un groupe électrogène à pile à combustible (GE à PAC) dans le cas d'une application embarquée. Une partie importante du travail a consisté à tester en simulation diverses architectures de sources hybrides GE à PAC/superconducteurs. Plusieurs modèles ont été mis au point et utilisés suivant l'objectif envisagé. Le modèle du GE à PAC quasi-statique permet de prédire de manière rapide et qualitative les grandeurs électriques mises en jeu dans la chaîne sur des profils de mission temps - vitesse avec des stratégies de gestion de l'énergie plus ou moins complexes ; un modèle dynamique plus élaboré a été introduit pour étudier certains phénomènes transitoires. Une étude expérimentale met en oeuvre le concept d'hybridation de GE à PAC. Le démonstrateur réalisé doit permettre la validation des modèles et des stratégies de gestion de l'énergie élaborés dans la première partie du travail. Il constitue aussi un dispositif médiatique.

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Ettihir, Khalid. "Gestion de l'énergie intégrant les variations de comportement non modélisées dans un véhicule électrique à pile à combustible." Thèse, 2017. http://depot-e.uqtr.ca/8355/1/031930179.pdf.

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Dissertations / Theses on the topic 'Véhicule Hybride Électrique à Pile à Combustible'

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