Methodology for the selection and optimization of energy converters for automotive powertrain applications

Méthodologie de choix et d'optimisation de convertisseurs d'énergie pour les applications chaînes de traction automobile D'importants efforts de recherche ont été investis dans l'industrie automobile sur les nouveaux carburants et les nouvelles chaînes de traction hybride électrique afin de réduire les émissions de carbone des véhicules. La consommation de carburant de ces groupes motopropulseurs hybrides dépend des performances du convertisseur d'énergie utilisé, des besoins énergétiques du véhicule, ainsi que de la stratégie de gestion énergétique déployée à bord. Cette thèse examine le potentiel de nouveaux convertisseurs d'énergie comme substitut du moteur thermique à combustion interne (ICE). Les systèmes de turbines à gaz sont considérés comme des convertisseurs d'énergie potentiel pour les chaînes de traction hybride série (SHEV), car ils offrent de nombreux avantages intrinsèques à l'automobile, tels que la capacité de fonctionner avec plusieurs carburants, la compacité, la réduction du nombre de pièces mobiles, la réduction du bruit et des vibrations. Une analyse exergo-technologique explicite est proposée pour identifier les configurations thermodynamiques réalistes. Une étude préconceptionnelle a été réalisée pour déterminer les rapports puissance/poids de ces systèmes. Un modèle SHEV est développé et les composants du groupe motopropulseur sont dimensionnés en fonction des critères de performance du véhicule. Des simulations de consommation sont effectuées sur le cycle d’homologation WLTC, en prenant en compte les besoins en énergie électrique et thermique du véhicule en plus des besoins en énergie mécanique, et en utilisant une méthode innovante d'optimisation comme stratégie de gestion de l'énergie. Le cycle turbine à gaz (avec compression refroidie, régénérateur et réchauffe durant la détente (IRReGT)) est priorisé car il offre un rendement et une densité de puissance plus élevés ainsi qu'une consommation de carburant réduite par rapport aux autres systèmes investigués. De plus, un modèle dynamique a été développé et des simulations ont été effectuées pour tenir compte de la surconsommation de carburant pendant les phases transitoires du démarrage. Des essais ont également été mis en œuvre sur certains sous-systèmes du cycle IRReGT identifié. Les résultats montrent une amélioration de la consommation de carburant avec l'IRReGT comme groupe auxiliaire de puissance par rapport à l'ICE. Par conséquent, le système IRReGT sélectionné présente un potentiel, non négligeable, qui remplacerait le moteur thermique à combustion interne dans les futures chaînes de traction hybride électriques.