Energy management

1. Contrôle et optimisation
énergétique
Ahmed Ketfi‐Cherif (Renault)

2. Sommaire
Rappel Architectures Hybrides
Impacts de l’hybridation GMP
Architecture de supervision GMP hybride
Module OPF
Approche ECMS
Prise en compte de l’agrément GMP
Mise en œuvre – Algorithmique
La gestion d’énergie pour hybride rechargeable
Homologation
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
2

3. La traction hybride : différentes prestations
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
3
Fonctionnalités hybrides
Stop & Start
Propulsion électrique
Autonomie
électrique
Micro‐hybride
Mild‐hybride
Full‐hybride & Plug In
‐6 ‐10%
‐10 ‐20%
‐20 ‐40%
Gain en consommation (cycle / urbain)
Assistance de couple
Récupération d’énergie

4. Les principaux systèmes de contrôle impactés par l’électrification du GMP sont ceux
liés aux organes du :
Supervision véhicule hybride
GMP électrifié
Moteur thermique + machine(s)
électrique(s)
+ Transmission automatique ou
manuelle
Réseau « Haute Tension »
Batterie HT + Relais + Onduleur + DC_DC + Chargeur
Réseau « Basse Tension »
Batterie 14V + Alternateur / DC_DC
+ démarreur
Système de climatisation
Systèmes de chauffage habitacle
+ Systèmes de refroidissement habitacle
Système de refroidissement
Système de refroidissement GMP
+ Système de refroidissement organes électrotechniques
+ Système de refroidissement / chauffage batterie
Systèmes de freinage
& de contrôle châssis
Système ESP + Pédale découplée
+ Pompe à vide
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
4

5. L’hybridation du GMP impacte plusieurs contrôles du véhicule :
• Système habitacle : modification de la disponibilité des prestations, réveil endormissement
(charge)
• Système de freinage : ABS/ESP – freinage découplé
• Gestion d’énergie 14V : ajout DC/DC
• Confort thermique : climatisation électrique
L’optimisation du « vecteur énergétique véhicule » nécessite le passage d’une
supervision GMP à une supervision véhicule
Supervision véhicule hybride
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
5

6. Solution technique : ajout d’un calculateur de supervision
• Le contrôle moteur et boite deviennent « esclaves »
Modification de l’architecture E/E
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
6

7. 7
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
Passage d’une supervision GMP à une supervision globale véhicule
Les contrôles moteur et boite deviennent « esclaves »
Interaction conducteur / véhicule fortement modifiée
Impacts de l’hybridation GMP

8. Impact sur le contrôle GMP
Structure générale
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
8
Consignes de couple indiqués
(raw/tgt/sp)
Consignes réducteur
(ratio) & coupleur
(régimes)
SUPERVISION GMP

9. Impact sur le contrôle GMP
Structure générale
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
9
Consignes de couple
indiqués
(raw/tgt/sp)
Consignes réducteur
(ratio) & coupleur
(régimes)
Position pédale
&
Consigne GMP
Élaboration des
consignes de
couple moteur
Élaboration des
consignes
réducteur
& coupleur TA
Échanges
en couple

10. Impact sur le contrôle GMP
Cas d’un GMP thermique
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
10
Interprétation
Volonté
Conducteur
Contrôle
coordonné des
organes
Optimisation
du Point de
Fonctionnement
Contrôle coordonné
des organes
Consignes de couple indiqués
(raw/tgt/sp)
Interface Homme‐
machine
Consignes réducteur (ratio) &
coupleur (régimes)
Consignes cibles réducteur (ratio)
& coupleur (régimes)
Info levier
Échanges
en couple
Position pédale
&
Consigne GMP
Consigne de
traction conducteur

11. Impact sur le contrôle GMP
Cas d’un GMP hybride
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
11
Interprétation
Volonté Conducteur
Contrôle coordonné des organes
Optimisation
du Point de
Fonctionnement
Contrôle coordonné
des organes
Consignes réducteur (ratio) &
coupleur (régimes)
Consigne de couple ME
Répartition
PM. thermique / P M. électrique
Position pédale
&
Consigne GMP
Consigne de traction
conducteur
Consigne état
moteur
Interface Homme‐
machine
Info levier
Échanges en
couple
Consignes de couple indiqués
(raw/tgt/sp)
Consignes cibles réducteur
(ratio) & coupleur (régimes)

12. Missions principales de l’Optimisation du Point de Fonctionnement :
• Répartir la demande de puissance motrice, en puissance du moteur thermique et puissance
du moteur électrique
 loi de gestion d’énergie
• Choisir l’état GMP qui permet d’optimiser la consommation, tout en respectant les
contraintes agrément
 les ASC actuelles (élaboration de la consigne de rapport) sont une partie de l’élaboration de
la consigne état GMP
• L’état GMP peut être plus au moins complexe selon l’architecture du GMP hybride (rapport
boite, état moteur, état coupleurs)
Le module OPF (Optimisation du Point de Fonctionnement)
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
12

13. Le module OPF (Optimisation du Point de Fonctionnement)
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
13

14. Interfaces Contrôle moteur / Contrôle Boite modifiés
Introduction d’un module spécifique d’Optimisation du Point de Fonctionnement
GMP
OPF = LGE + ASC
Architecture de supervision GMP / Module OPF
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
14

15. Problématique
• Objectif : minimiser les émissions de CO2
• Degrés de libertés : répartition de puissance entre le moteur thermique et la(es) machine(s)
électrique(s)
• Une conséquence : modification de l’état de charge de la batterie
La loi de gestion d’énergie
Puissance
aux roues
Puissance
thermique
Puissance électrique
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
15

16. Modélisation dynamique de la batterie
• Puissance demandée imposée
• Loi de Kirchhoff
• État de charge
La loi de gestion d’énergie
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
16

17. Modélisation dynamique de la batterie
• Pour la synthèse de la commande optimale, on utilise un modèle simplifié en « état
d’énergie »
La loi de gestion d’énergie

 dt
t
U
t
I
E
SOE )
(
)
(
1
max
)
(
1
max
t
P
E
SOE
dt
d

ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
17

18. Problème d’optimisation sous contrainte d’évolution
La loi de gestion d’énergie
Équation d’évolution de
l’état de charge
Ensemble du parcours
Consommation
instantanée
Contrainte d’état
de charge finale
Condition initiale
Critère
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
18

19. 19
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
Stratégie Nombre de publications
Hors ligne
Programmation dynamique ++
Problème dual ++
Recuit simulé, etc. +
En ligne
ECMS et dérivés ++++
Prog. dyn. stochastique +++
Model Predictive Control +
Réseau de Neurones +
Heuristique ++
La loi de gestion d’énergie
Bibliographie

20. La Hamiltonien :
Résoudre le problème primal revient à minimiser la Hamiltonien (Principe du
maximum de Pontryaguine)
Dans le cas où la dynamique de la batterie est simplifiée, on peut démontrer que est
constant pour un parcours donné
ECMS – La théorie
Problème primal
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
20

21. Dans la pratique, le parcours n’est pas connu à l’avance
On se ramène à la minimisation d’un critère sous la forme :
• Critère (g/h) = Conso Mth (g/h) + K . Pbatterie (W)
On pilote le facteur d’équivalence K ( g/Wh)
ECMS – La mise en œuvre
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
21

22. Adaptation du coût de l’Energie Electrique stockée privilégiant la Recharge, batterie
vide et la Décharge, batterie pleine
Facteur d’équivalence
SOE(%)
K max
0
SOE_max
K min
SOE_min
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
22

23. Exemple numérique issu du projet 4WP (J95, F4Rt, PK4 robotisée, ME sur le
train arrière), mais les principes restent valables pour l’ensemble des DTs
Prenons le point de fonctionnement suivant :
• V = 90 km/h / Pconducteur = 50 kW
• Boucle de SOE :
 Sur un rapport donné (et donc pour un régime donné), il existe une infinité de
répartitions entre la puissance thermique et électrique
 Pour chaque état de charge batterie, la LGE va calculer le critère de
consommation, et imposer la répartition correspondant au critère mini
ECMS – Exemple de mise en œuvre
SOC(%)
0,3
0
SOC_max
0,1
SOC_min
0,21
0,19
SOC(%)
0,3
0
SOC_max
0,1
SOC_min
0,21
0,19
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
23

24. 1000 2000 3000 4000 5000 6000
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Engine revolution [tr/min]
BM
EP
[bar]
CSE(G KWH)--F4Rt-776-120kW
240
240
25
0
2
5
0
250
250
260
2
6
0
260
2
8
0
280
280
3
0
0
3
0
0
300
350
3
5
0
400
4
0
0
500 500
600 600 250
300
350
400
450
500
550
600
Evolution critère de conso = f(k)
(Hyp: Pcond = 50 kW -- N = 4000 tr/min)
-15000
-10000
-5000
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
PMth (W)
Conso
(g/h)
Conso Mth (g/h)
Consommation du
moteur thermique seul
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
24

25. 1000 2000 3000 4000 5000 6000
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Engine revolution [tr/min]
BM
EP
[bar]
CSE(G KWH)--F4Rt-776-120kW
240
240
25
0
2
5
0
250
250
260
2
6
0
260
2
8
0
280
280
3
0
0
3
0
0
300
350
3
5
0
400
4
0
0
500 500
600 600 250
300
350
400
450
500
550
600
Evolution critère de conso = f(k)
(Hyp: Pcond = 50 kW -- N = 4000 tr/min)
-15000
-10000
-5000
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
PMth (W)
Conso
(g/h)
-30000
-20000
-10000
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
Pbat
(W)
Conso Mth (g/h)
Puissance batterie = f(PMth) permettant
d’assurer Psouhaitée = cste = 50 kW
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
25

26. 1000 2000 3000 4000 5000 6000
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Engine revolution [tr/min]
BM
EP
[bar]
CSE(G KWH)--F4Rt-776-120kW
240
240
2
5
0
2
5
0
250
250
260
2
6
0
260
2
8
0
280
280
3
0
0
3
0
0
300
350
3
5
0
400
4
0
0
500 500
600 600 250
300
350
400
450
500
550
600
Evolution critère de conso = f(k)
(Hyp: Pcond = 50 kW -- N = 4000 tr/min)
-15000
-10000
-5000
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
PMth (W)
Conso
(g/h)
-30000
-20000
-10000
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
Pbat
(W)
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,1 Pbat
0,1 Pbat (g/h)
Batterie fortement chargée (k = 0.1)
 le coût de l’énergie électrique est faible
 la décharge batterie est privilégiée
 Point de fonctionnement correspondant au critère de conso
mini au régime donné
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
26

27. 1000 2000 3000 4000 5000 6000
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Engine revolution [tr/min]
BM
EP
[bar]
CSE(G KWH)--F4Rt-776-120kW
240
240
25
0
2
5
0
250
250
260
2
6
0
260
2
8
0
280
280
3
0
0
3
0
0
300
350
3
5
0
400
4
0
0
500 500
600 600 250
300
350
400
450
500
550
600
Evolution critère de conso = f(k)
(Hyp: Pcond = 50 kW -- N = 4000 tr/min)
-15000
-10000
-5000
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
PMth (W)
Conso
(g/h)
-30000
-20000
-10000
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
Pbat
(W)
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,1 Pbat
Conso Mth + 0,19 Pbat
0,1 Pbat (g/h)
0,19 Pbat (g/h)
Batterie chargée (k = 0.19)
 le coût de l’énergie électrique augmente
 la répartition devient plus équilibrée
 Point de fonctionnement correspondant au critère de conso
mini au régime donné
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
27

28. 1000 2000 3000 4000 5000 6000
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Engine revolution [tr/min]
BM
EP
[bar]
CSE(G KWH)--F4Rt-776-120kW
240
240
2
5
0
2
5
0
250
250
260
2
6
0
260
2
8
0
280
280
3
0
0
3
0
0
300
350
3
5
0
400
4
0
0
500 500
600 600 250
300
350
400
450
500
550
600
Evolution critère de conso = f(k)
(Hyp: Pcond = 50 kW -- N = 4000 tr/min)
-15000
-10000
-5000
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
PMth (W)
Conso
(g/h)
-30000
-20000
-10000
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
Pbat
(W)
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,1 Pbat
Conso Mth + 0,19 Pbat
Conso Mth + 0,21 Pbat
0,1 Pbat (g/h)
0,19 Pbat (g/h)
0,21 Pbat (g/h)
Batterie chargée (k = 0.21)
 le coût de l’énergie électrique augmente
 on commence à privilégier la recharge batterie
 Point de fonctionnement correspondant au critère de conso
mini au régime donné
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
28

29. 1000 2000 3000 4000 5000 6000
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Engine revolution [tr/min]
BM
EP
[bar]
CSE(G KWH)--F4Rt-776-120kW
240
240
25
0
2
5
0
250
250
260
2
6
0
260
2
8
0
280
280
3
0
0
3
0
0
300
350
3
5
0
400
4
0
0
500 500
600 600 250
300
350
400
450
500
550
600
Evolution critère de conso = f(k)
(Hyp: Pcond = 50 kW -- N = 4000 tr/min)
-15000
-10000
-5000
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
PMth (W)
Conso
(g/h)
-30000
-20000
-10000
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
Pbat
(W)
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,1 Pbat
Conso Mth + 0,19 Pbat
Conso Mth + 0,21 Pbat
Conso Mth + 0,3 Pbat
0,1 Pbat (g/h)
0,19 Pbat (g/h)
0,21 Pbat (g/h)
0,3 Pbat (g/h)
Batterie déchargée (k = 0.3)
 le coût de l’énergie électrique est élevé
 la recharge batterie est privilégiée
 Point de fonctionnement correspondant au critère de conso
mini au régime donné
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
29

30. 30
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
Dans un GMP classique, le rôle principal des ASC est de choisir, à tout
moment, le rapport de boîte (et par conséquent le régime moteur thermique)
optimal, permettant de gérer au mieux le compromis entre :
• L’acoustique (bourdonnement, graillonnement, broutement)
• L’agrément (réserve d’accélération, homogénéité, absence de pompage)
• Les contraintes d’émissions et de consommation
La LGE permet de donner l’optimum énergétique (loi ECO) : sur chaque
rapport de boite elle détermine la répartition entre la puissance délivrée par
le moteur thermique et celle délivrée par le moteur électrique, ensuite choisis
le rapport optimal
Le rapport optimal (du point de vue conso) est‐il variable en fonction de l’état
de charge batterie ?
Prise en compte de l’agrément

31. 1000 2000 3000 4000 5000 6000
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Engine revolution [tr/min]
BM
EP
[bar]
CSE(G KWH)--F4Rt-776-120kW
240
240
2
5
0
2
5
0
250
250
260
2
6
0
260
2
8
0
280
280
3
0
0
3
0
0
300
350
3
5
0
400
4
0
0
500 500
600 600 250
300
350
400
450
500
550
600
Evolution critère de conso = f(N)
(Hyp: Pcond = 50 kW)
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
PMth (W)
Conso
(g/h)
Conso Mth (g/h)
Conso Mth (g/h)
Conso Mth (g/h)
Conso Mth (g/h)
N = 4000
N = 3000
N = 2500
N = 2000
Consommations du
moteur thermique seul
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
31

32. 1000 2000 3000 4000 5000 6000
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Engine revolution [tr/min]
BM
EP
[bar]
CSE(G KWH)--F4Rt-776-120kW
240
240
25
0
2
5
0
250
250
260
2
6
0
260
2
8
0
280
280
3
0
0
3
0
0
300
350
3
5
0
400
4
0
0
500 500
600 600 250
300
350
400
450
500
550
600
Evolution critère de conso = f(N)
(Hyp: Pcond = 50 kW -- k=0,1)
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
PMth (W)
Conso
(g/h)
-50000
-30000
-10000
10000
30000
50000
70000
90000
Pbat
(W)
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,1 Pbat
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,1 Pbat
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,1 Pbat
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,1 Pbat
N = 4000
N = 3000
N = 2500
N = 2000
Batterie fortement chargée (k = 0.1)
 le coût de l’énergie électrique est faible
 la machine électrique est essentiellement sollicitée
6ème
 Point de fonctionnement correspondant au critère de conso mini
pour tous les régimes (et donc rapports) considérés
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
32

33. 1000 2000 3000 4000 5000 6000
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Engine revolution [tr/min]
BM
EP
[bar]
CSE(G KWH)--F4Rt-776-120kW
240
240
2
5
0
2
5
0
250
250
260
2
6
0
260
2
8
0
280
280
3
0
0
3
0
0
300
350
3
5
0
400
4
0
0
500 500
600 600 250
300
350
400
450
500
550
600
Evolution critère de conso = f(N)
(Hyp: Pcond = 50 kW -- k=0,21)
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
PMth (W)
Conso
(g/h)
-50000
-30000
-10000
10000
30000
50000
70000
90000
Pbat
(W)
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,21 Pbat
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,21 Pbat
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,21 Pbat
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,21 Pbat
N = 4000
N = 3000
N = 2500
N = 2000
6ème
 Point de fonctionnement correspondant au critère de conso mini
pour tous les régimes (et donc rapports) considérés
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
33

34. 1000 2000 3000 4000 5000 6000
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Engine revolution [tr/min]
BM
EP
[bar]
CSE(G KWH)--F4Rt-776-120kW
240
240
25
0
2
5
0
250
250
260
2
6
0
260
2
8
0
280
280
3
0
0
3
0
0
300
350
3
5
0
400
4
0
0
500 500
600 600 250
300
350
400
450
500
550
600
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
34
Impact de l’hybridation sur les ASC Impact sur les
prestations
Evolution critère de conso = f(N)
(Hyp: Pcond = 50 kW -- k=0,26)
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
PMth (W)
Conso
(g/h)
-50000
-30000
-10000
10000
30000
50000
70000
90000
Pbat
(W)
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,26 Pbat
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,26 Pbat
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,26 Pbat
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,26 Pbat
N = 4000
N = 3000
N = 2500
N = 2000
5ème
 Point de fonctionnement correspondant au critère de conso mini
pour tous les régimes (et donc rapports) considérés

35. 1000 2000 3000 4000 5000 6000
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Engine revolution [tr/min]
BM
EP
[bar]
CSE(G KWH)--F4Rt-776-120kW
240
240
25
0
2
5
0
250
250
260
2
6
0
260
2
8
0
280
280
3
0
0
3
0
0
300
350
3
5
0
400
4
0
0
500 500
600 600 250
300
350
400
450
500
550
600
Evolution critère de conso = f(N)
(Hyp: Pcond = 50 kW -- k=0,3)
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
PMth (W)
Conso
(g/h)
-50000
-30000
-10000
10000
30000
50000
70000
90000
Pbat
(W)
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,3 Pbat
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,3 Pbat
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,3 Pbat
Conso Mth (g/h)
Conso Mth + 0,3 Pbat
N = 4000
N = 3000
N = 2500
N = 2000
4ème
 Point de fonctionnement correspondant au critère de conso mini
pour tous les régimes (et donc rapports) considérés
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
35

36. 36
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
L’hybridation du GMP nécessite de faire évoluer les ASC :
 L’état de charge batterie est une dimension nouvelle importante à prendre en compte pour
élaborer la consigne de rapport d’une transmission hybridée
Cette prise en compte permettra :
• D’optimiser la consommation
 l’électrification du GMP étant principalement motivée par la réduction de la consommation,
cette prise en compte est quasi incontournable
• D’optimiser l’agrément (et notamment le brio)
 la variation des contraintes agrément en fonction de l’état de charge dépend de la
performance du GMP souhaité (PGMP max = Pmth max ou Pmth max + ∆ Pélec) : ce n’est pas
aussi critique que la consommation
• D’optimiser la NVH
 l’impact est là aussi moins critique que la consommation. On pourrait, par défaut, calibrer les
seuils régimes pour une utilisation 100% thermique : les zones sous optimisées seraient
vraisemblablement minimes
Prise en compte de l’agrément – Conclusion

37. Minimisation d’un critère combinant la consommation de carburant et la puissance
batterie
L’optimum énergétique est modifié par le coefficient d’équivalence qui détermine «
le coût de l’électricité »
Forte interaction entre l’état de charge la batterie l’élaboration de la consigne d’état
GMP
Loi de Gestion d’Énergie ECMS
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
37

38. Interprétation volonté conducteur au vilebrequin
Critère énergétique
Bilan électrique
Bilan mécanique
1 seul degré de liberté
(Par exemple)
Mise en œuvre – Algorithmique
Exemple 1 : SSG
CE
SG
driv T
T
T 

bat
CE
CE
fuel )
,
( P
K
T
Q
C 

 
SG
T
u 
)
,
( SG
SG
loss
SG
SG
bat T
P
T
P 
 

CE
SG 
 
 R CE
SG
1
T
R
T 

BV
SG
)
,
( CE
CE 
T
)
,
( SG
SG T

ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
38

39. 39
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
Résoudre le problème de minimisation du critère énergétique :
• Par rapport à la variable de commande
• Pour chaque triplet
Données d’entrée nécessaires
• Cartographie de consommation du moteur thermique
• Cartographie de pertes du moteur électrique
Résultat : 1 Cartographie 3‐D
Exemple 1 : SSG
Calibration hors ligne – exemple de méthodologie
SG
T
u 
)
,
,
( CE
driv K
T 
)
,
,
( CE
driv
opt
SG K
T
T  Attention à la taille

40. Exemple 1 : SSG
Algorithme en ligne
CE

Interprétation
Volonté
Conducteur
Facteur
D’équivalence
SOE
Optimisation
énergétique
driv
T
K
SG
T
Levier de MAP Calibration
automatique
hors ligne
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
40

41. Interprétation volonté conducteur à la roue
Critère énergétique
Bilan électrique
Bilan mécanique
2 degrés de liberté
(par exemple)
Mise en œuvre – Algorithmique
Exemple 2 : Hybride parallèle avec ME sur secondaire
CE
GB
EM
driv T
R
T
R
T 


bat
CE
CE
fuel )
,
( P
K
T
Q
C 

 
 
GB
SG R
T
u 
)
,
( EM
EM
loss
EM
EM
bat T
P
T
P 
 

R
WH
EM

 
GB
WH
CE
R

 
)
,
( CE
CE 
T
)
,
( EM
EM T

BV
GB
R
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
41

42. 42
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
Résoudre le problème de minimisation du critère énergétique :
• Par rapport à la variable de commande
• Pour chaque triplet
• Et pour chaque rapport de boite
Données d’entrée nécessaires
• Cartographie de consommation du moteur thermique
• Cartographie de pertes du moteur électrique
Résultat :
• N Cartographies 3‐D
• N Cartographies 3‐D
Exemple 2 : Hybride parallèle avec ME sur secondaire
Calibration hors ligne – exemple de méthodologie
SG
1 T
u 
)
,
,
( WH
driv K
T 
)
,
,
( WH
driv
k
opt,
SG K
T
T 
N
,...,
2
,
1
GB 
R
)
,
,
( WH
driv
k
opt,
K
T
C 

43. Exemple 2 : Hybride parallèle avec ME sur secondaire
Algorithme en ligne
WH

Interprétation
Volonté
Conducteur
Facteur
d’équivalence
SOE
Optimisation
énergétique
driv
T
K
SG
T
Levier de MAP
Calibration
automatique
hors ligne
Élaboration
contraintes
agrément boite
res
T
Levier de MAP
GB
R
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
43

44. Exemple 2 : Hybride parallèle avec ME sur secondaire
Algorithme en ligne
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
44
Optimisation
énergétique
Rapport 1
driv
T
K
1
SG
T
Optimisation
énergétique
Rapport N
WH

N
SG
T
1
opt
C
N
opt
C
Sélection rapport
Arbitrage
Consommation /
Agrément
res
T
SG
T
GB
R
Optimisation énergétique

45. Élaboration de cartographies optimales hors ligne
MAP par le pilotage du facteur d’équivalence
Prise en compte agrément boite
Mise en œuvre ‐ Algorithmique
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
45

46. 46
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
Dans le cas d’une HEV (batterie de faible capacité), si on enchaîne un cycle de
roulage, on observe que l’état de charge de la batterie est « régulé » :
• La valeur moyenne et l’amplitude dépendent du cycle
L’ECMS peut nécessiter une gestion spécifique des limites de l’état de charge de la
batterie
L’ECMS n’est pas forcément bien adapté pour la cas d’une batterie de grande
capacité (PHEV)
Comportement d’une LGE type ECMS
Impact de la taille de la batterie

47. L’énergie électrique provient de deux sources
• Le réseau électrique (recharge prise)
• Le carburant (récupération d’énergie)
Pour un départ batterie pleine, la minimisation du CO2 n’est pas forcément le bon
critère
La connaissance du parcours devient primordiale
Les objectifs du conducteur peuvent être différents selon le parcours envisagé
• Exemple 1 : roulage autoroute puis ville, le conducteur peut vouloir préserver la batterie
pour rouler en électrique en ville
• Exemple 2 : les gestionnaire de flottes demandent une arrivée au dépôt batterie vide
La gestion d’énergie pour hybride rechargeable
Problématique
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
47

48. 48
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
Exemple de solution
• Proposer une stratégie minimisant un critère choisi par l’utilisateur sur un véhicule hybride
rechargeable utilisant des outils de planification
La gestion d’énergie pour hybride rechargeable

49. Stratégie
• Prédiction
• Informer des tronçons énergétiques empruntés
• Modèle statistique
• Optimisation macroscopique
• Optimiser la réserve d’énergie électrique de la batterie
• Optimisation microscopique
• Optimiser en temps réel la gestion d’énergie
• Fondé sur la théorie de l’ECMS
La gestion d’énergie pour hybride rechargeable
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
49

50. La gestion d’énergie pour hybride rechargeable
Exemple de résultats
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
50

51. Besoins clients différents entre HEV / PHEV
Impact important de la connaissance du parcours
Le couplage avec les aides à la conduite améliore significativement l’optimum
énergétique
LGE pour PHEV
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
51

52. Les information données ci‐après, sont extraites des documents suivants :
Reg.101 ‐ Rev.2 ‐ Emissions of carbon dioxide and fuel consumption (r101r2f).
Auteur : Nations Unies – Conseil Économique et Social
Europe – Réglementation émissions/CO2 – Véhicule Électrique Hybride / Note
technique 64610‐2009‐012T. Auteur : Fernando MARTIN CALVO (RENAULT)
Homologation Consommation / Pollution des hybrides
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
52

53. Véhicule Électrique Hybride (V.E.H.) : définition
Véhicule dont la propulsion mécanique est assurée par l’énergie provenant des deux
sources embarquées d’énergie ci‐après :
• Un carburant
• Un dispositif de stockage d’énergie électrique (par exemple : une batterie, un condensateur,
un volant générateur, etc.)
Catégories de véhicules
La réglementation distingue 4 catégories de véhicules selon les critères suivants :
• Chargeables de l’extérieur ou non
• Avec ou sans commutateur de mode de fonctionnement
Homologation des V.E.H
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
53

54. Dans le cas où le véhicule dispose d’un commutateur de mode, l’homologation se fait
en mode hybride
Si plusieurs modes hybrides sont disponible, c’est le mode activé à mise de la clef qui
sera retenu (mode AUTO)
Les mesures de consommation de carburant, d’émissions de CO2 et de polluants se
font sur un seule cycle NEDC
Les mesures de polluants sont analogue à celle d’un véhicule thermique
Homologation des hybrides non rechargeables
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
54

55. Les valeurs de consommation et d’émissions de CO2 sont corrigés par le bilan
électrique Q [Ah] de la batterie, sauf si (ou) :
• Le constructeur peut prouver qu’il n’y a pas de relations entre le bilan électrique et la
consommation de carburant
• Le bilan électrique correspond toujours à une recharge de la batterie
• Le bilan électrique correspond à une décharge de la batterie et est dans une marge de 1 % du
contenu énergétique du carburant consommé
Les corrections de la consommation et des émissions de CO2 se sont par des
coefficients d’équivalence Kfuel et KCO2
Homologation des hybrides non rechargeables
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
55

56. Kfuel est obtenu par N essais avec mesure des consommations Ci et des bilan
électriques Qi avec au moins un Qi>0 et un Qi<0
Formule (régression linéaire)
Une formule de correction analogue pour les émissions de CO2
Correction par le facteur d’équivalence
Q
K
C
C 

 fuel
0
Consommation
Corrigée (g/km)
Consommation
Brute (g/km)
Bilan Électrique
(Wh)
 2
2
fuel








i
i
i
i
i
i
Q
Q
N
C
Q
C
Q
N
K
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
56

57. Procédure d’évaluation du bilan électrique
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
57
+
‐
Capteur de
courant précis
à 0.5% Système
d’acquisition
Fech > 5 Hz
Q [Ah]


58. Choix de la position du commutateur de fonctionnement pour les essais émissions et
consommation/CO2 :
• Mode hybride surtout électrique : mode hybride pour lequel on constate la consommation
d’électricité la plus élevée de tous les modes hybrides sélectionnables
• Mode hybride surtout thermique : mode hybride pour lequel on constate la consommation
de carburant la plus élevée de tous les modes hybrides sélectionnables
Homologation PHEV – Choix du commutateur
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
58
• Électrique seul
• Hybride
• Thermique seul
• Hybride
• Électrique seul
• Thermique seul
• Hybride
• Hybride n
• …
• Hybride m
(plusieurs modes hybrides)
Essai batterie
chargée
(condition A)
Hybride Hybride Hybride
Hybride surtout
électrique
Essai batterie
déchargée
(condition B)
Hybride Thermique Thermique
Hybride surtout
thermique

59. 59
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
Les essais doivent être réalisés dans les deux conditions suivantes :
• Véhicule chargé = condition A
• Véhicule déchargé = condition B
Les émissions de polluants suivant la condition A et la condition B doivent respecter
les limites d’émissions
Les résultats d’émissions CO2 (g/km), de consommation de carburant (L/100km), et
consommation électrique (Wh/km) sont données par des formules de pondération
Deux procédures d’essais sont possible
Principe générale de l’homologation PHEV

60. 60
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
On fait l’essai sur un et un seul cycle NEDC, pendant lequel on mesure les polluants
ainsi que le CO2
Dans le cas où le véhicule est équipé d’un commutateur de fonctionnement : si
l’autonomie en mode électrique pur est supérieure à un cycle complet, à la demande
du constructeur, l’essai du type I pour la mesure de l’énergie électrique dans la
condition A peut être effectué en mode électrique pur après accord du service
technique*. Dans ce cas, les valeurs d’émissions de CO2 et de consommation de
carburant pour la condition A sont nulles
Procédure d’essai 1

61. De : autonomie du véhicule en mode électrique
Da = 25 km (distance moyenne hypothétique parcourue entre 2 recharges de la
batterie)
X : résultats d’émissions (g/km), de consommation de carburant (L/100km), ou de
consommation électrique (Wh/km)
XA1 : résultats d’émissions (g/km), de consommation de carburant (L/100km), ou de
consommation électrique (Wh/km) dans la condition A
XB : résultats d’émissions (g/km), de consommation de carburant (L/100km), ou de
consommation électrique (Wh/km) dans la condition B
Procédure d’essai 1
a
e
B
a
A
e
D
D
X
D
X
D
X




 1
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
61

62. On fait l’essai sur plusieurs cycles NEDC, pendant lesquels on mesure les polluants
ainsi que le CO2. L’essai doit être arrêté lorsque l’état minimum de charge a été
atteint
Dovc : autonomie hybride – OVC range
XA2 : résultats d’émissions (g/km), de consommation de carburant (L/100km), ou de
consommation électrique (Wh/km) dans la condition A
Procédure d’essai 2
a
ovc
B
a
A
ovc
D
D
X
D
X
D
X




 2
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
62

63. Déchargement de la batterie
Charge de la batterie
Exécution du cycle : des cycles NEDC sont réalisés successivement jusqu’à ce que le
critère de fin d’essai soit atteint
Critère de fin d’essai (ou) :
• Le véhicule n’est plus en mesure de suivre le cycle jusqu’à 50 km/h
• Les instruments de bord indiquent que le véhicule doit être arrêté
• La batterie a atteint son état de charge minimum
À la fin de l’essai, la mesure De de la distance parcourue en km en utilisant le moteur
électrique uniquement représente l’autonomie en mode électrique pur
Procédure d’évaluation de l’autonomie électrique
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
63

64. Déchargement de la batterie
Charge de la batterie
Exécution du cycle : des cycles NEDC sont réalisés successivement jusqu’à ce que le
critère de fin d’essai soit atteint
Critère de fin d’essai :
• La batterie a atteint son état de charge minimum
• Le roulage continue jusqu’à la fin de la période de ralenti à la fin du dernier cycle extra urbain
À la fin de l’essai, la distance totale Dovc parcourue (N cycles) en Km représente
l’autonomie hybride (en mode hybride et mode électrique)
Procédure d’évaluation de l’autonomie hybride
(OVC Range)
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
64

65. Objectif : homologation CO2 à moins de 50 g/km
Exemple d’application dans le cas de la procédure d’essai 1
90 100 110 120 130 140 150 160
20 50 56 61 67 72 78 83 89
30 41 45 50 55 59 64 68 73
40 35 38 42 46 50 54 58 62
50 30 33 37 40 43 47 50 53
60 26 29 32 35 38 41 44 47
70 24 26 29 32 34 37 39 42
Émissions CO2 – Condition B (Batterie déchargée)
Autonomie
Électrique
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
65

66. Importance de la présence d’un commutateur de modes
HEV : 1 seul cycle avec correction par facteur d’équivalence
PHEV : deux procédure possibles
PHEV : formule favorable grâce à l’autonomie électrique
Homologation
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
66

67. Pour une véhicule hybride rechargeable, l’interprétation de la pédale d’accélérateur
est faite par :
 Le calculateur BVA
 Le calculateur de contrôle moteur
 Le calculateur de supervision
Le rôle du module OPF est :
 Calculer le rapport de boite optimal
 Calculer la répartition couple moteur thermique / électrique
 Calculer le formatage de la pédale d’accélérateur
Quiz
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
67

68. Dans le critère minimisé par l’ECMS, l’unité du facteur d’équivalence est :
 g/kWh
 kW/g
 Sans unité
Le principal levier de MAP de l’ECMS est :
 La limitation du couple électrique
 Le facteur d’équivalence
 Le formatage de la pédale d’accélérateur
Quiz
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
68

69. Dans l’homologation d’un HEV, l’unité du facteur de correction de la consommation
de carburant est :
 g/kWh
 g/km/Ah
 Sans unité
Lors de l’homologation d’un HEV, deux cycles ont été réalisés, cycle 1: 120 g/km CO2,
bilan électrique 1 kWh / cycle 1: 100 g/km CO2, bilan électrique ‐1 kWh, Il sera
homologué à :
 100 g/km
 110 g/km
 120 g/km
Quiz
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
69

70. Lors de l’homologation d’un PHEV, le cycle avec départ batterie vide donne un CO2 à
160 g/km, en plus le véhicule a réalisé 5 cycles NEDC en électrique pur. Il sera
homologué à :
 50 g/km
 100 g/km
 150 g/km
Quiz
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
70

71. M. Debert : Stratégies optimales multi critères, prédictives, temps réel de
gestion des flux d’énergies thermique et électrique dans un véhicule hybride.
Thèse de l’université d’Orléans – 2011
P. HABERT : Contrôle GMP hybride ‐ Impacts sur l’élaboration de la consigne
de rapport (ASC): bilan sur les évolutions envisageables. Note interne
RENAULT 2011
P. HABERT : Contrôle des hybrides ‐ Synthèse. Note interne RENAULT 2011
Reg.101 ‐ Rev.2 ‐ Emissions of carbon dioxide and fuel consumption (r101r2f).
Auteur : Nations Unies – Conseil Économique et Social
Fernando MARTIN CALVO : Europe – Réglementation émissions/CO2 –
Véhicule Électrique Hybride / Note technique Renault 2009
Références
ML ‐ Contrôle et optimisation énergétique
71