Modelling and control of energy conversion systems for automotive applications
Modélisation et commande de systèmes de conversion d'énergie pour l'automobile.
Résumé
During this PHD, we have studied two technological solutions being involved for solving energy, environmental and economic problems related with transport area. The first solution treats a new concept based on the development of a powertrain plant with on board Fuel Cell and on board reformer. The second solution is based on the evolution of the classic engine. Thus, it takes advantage of several previous developments. In this study, we propose control laws and diagnosis in order to optimize the efficiency of the powertrain plant under autonomy, pollution and cost constraints. This led us to develop reduced models of physical and chemical phenomena involved on powertrain components. When studying the two systems, we found several structural similarities which have enabled us to formalize a common control problem. Than we proposed a general almost optimal control law under the constraints set above. The different models are validated thanks to experimental tests. Algorithms of control and diagnosis are validated in simulation and using prototyping tools. Key words Automatic : Modelling, Model reduction, Control, Diagnosis Automotive : Powertrain, Fuel Cell, Reformer, Condenser, Oxidation catalysis, Particulate filter Others : Electrochemistry, Thermal, Catalysis, Combustion, Condensation, Energy management
Le contexte de cette thèse est l'étude de deux solutions technologiques en cours d'évaluation pour résoudre des problèmes énergétiques, environnementaux et économiques posés par le transport automobile. La première est une solution de rupture consistant à développer un groupe motopropulseur avec pile à combustible et reformeur embarqué. La deuxième solution, plus classique, tire profit des nombreux travaux faits sur les moteurs thermiques dépollués. Le travail réalisé concerne le développement de lois de commande et de diagnostic permettant d'optimiser le rendement dynamique du groupe motopropulseur sous contraintes d'autonomie, de pollution et de coût. Cela nous a conduit à proposer des modèles réduits des principaux phénomènes physico-chimiques mis en jeu dans les différents organes de deux groupes motopropulseurs. L'étude approfondie de ces deux systèmes nous a révélé plusieurs similitudes structurelles qui nous ont permis de formaliser un problème de commande commun à ces deux systèmes de conversion d'énergie. Nous avons alors proposé une loi de commande quasi optimale d'un groupe motopropulseur assez général sous les contraintes définies précédemment. Les différents modèles sont validés avec des essais expérimentaux et les algorithmes de commande et de diagnostic sont validés en simulation et en prototypages. Mots-clés Automatique : Modélisation, Réduction de modèles, Commande, Diagnostic Automobile : Groupe motopropulseur, Pile à combustible, Reformeur, Condenseur, Catalyseur d'oxydation, Filtre à particules Divers : Electrochimie, Thermique, Catalyse, Combustion, Condensation, Gestion d'énergie, Gestion de stocks, Dépollution
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