Le transport est un contributeur majeur aux émissions mondiales de CO2, responsable d’environ 20% du total, avec une consommation d’énergie dans ce secteur comptant pour près d’un quart de toutes les émissions. L’Agence Internationale de l’Énergie (AIE) souligne que le transport routier est le plus grand émetteur au sein du secteur, représentant 75% des émissions de transport en 2018, divisé entre les véhicules de passagers (45,1%) et les camions de fret (29,4%). Cela signifie que le voyage sur route seul est responsable d’environ 15% des émissions mondiales de CO2. Les effets néfastes des gaz à effet de serre incluent le changement climatique, qui conduit à des conditions météorologiques extrêmes, des perturbations dans l’approvisionnement alimentaire et une augmentation des incendies de forêt, ainsi que des problèmes de santé tels que les maladies respiratoires dues à la pollution de l’air. Étant donné ces défis environnementaux et sanitaires significatifs posés par les véhicules conventionnels, le passage vers des options de transport durables est critique. Les véhicules électriques à pile à combustible (FCEV) se démarquent comme une solution viable, offrant une alternative propre en émettant uniquement de la vapeur d’eau. Souligné par le Massachusetts Institute of Technology, les FCEV ont le potentiel de réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre et de réduire la dépendance au pétrole sans changer les habitudes de conduite actuelles. Ils offrent également des avantages par rapport aux véhicules électriques à batterie (BEV), y compris des gammes plus longues et des temps de ravitaillement plus rapides, les rendant une option attrayante pour un large éventail d’utilisations, des camions lourds aux voyages de longue distance (Nunez (2019)InternationalRenewableEnergy Laboratory (2011)Camacho (2022)).
Cette thèse vise à transformer un camion lourd conventionnel de classe 8 C10 Caterpillar Kenworth 2002 avec un moteur à combustion interne en un véhicule électrifié en remplaçant le moteur à essence par un moteur électrique (EM), éliminant ainsi les émissions. La conversion utilise un mélange d’hydrogène et de batteries pour alimenter un processus électrochimique dans une pile à combustible, générant de l’électricité pour alimenter l’EM sans émissions nocives, ne produisant que de l’eau et de la chaleur comme sous-produits. La conception du système est bifurquée en sous-système de traction (TS) et sous-système de stockage d’énergie (ESS), chacun étant validé séparément. L’architecture de contrôle comprend des contrôleurs locaux (Contrôleur PI) pour le TS et l’ESS, se concentrant respectivement sur la vitesse du véhicule et le courant de la pile à combustible, ainsi qu’une stratégie globale de gestion de l’énergie (EMS). Conçu et simulé dans MATLAB-Simulink avec une représentation macroscopique énergétique (EMR), cette approche illustre les interactions complexes du système et les complexités de contrôle. L’EMS pour l’ESS est exploré à travers trois scénarios : fonctionnement continu de la pile à combustible, une stratégie basée sur des règles simples, et une méthode basée sur la Fuzzy Logic, évaluant leur performance par rapport aux objectifs et contraintes du système.
La dernière partie de cette thèse se concentre sur la réalisation d’objectifs systémiques spécifiques : réduire le poids global du véhicule, minimiser la consommation d’hydrogène et prolonger la durée de vie du pack de batteries. Le système ESS est conçu de manière à ce que le pack de batteries fournisse le courant maximal demandé par le moteur électrique (EM) à tout moment, indépendamment de la capacité de la batterie. Cette conception, optimisée par l’opération de la pile à combustible pendant le cycle de conduite européen (NEDC), permet une réduction significative du nombre de modules de batterie, réduisant le poids de moitié, soit environ 414 kg.
L’efficacité de la conception de l’ESS a été évaluée à travers trois scénarios. Dans le premier scénario, avec la pile à combustible (FC) fonctionnant en continu, l’état de charge (SOC) de la batterie a dépassé 0,7, ne répondant pas à l’objectif de maximiser la durée de vie de la batterie, qui nécessite de maintenir un SOC entre 0,4 et 0,7. Ce scénario a également conduit à une consommation inutile d’hydrogène. Le deuxième scénario a mis en oeuvre une stratégie simple basée sur des règles pour le contrôle du courant de la FC, activant la FC à un SOC de 0,4 et la désactivant à 0,7. Cependant, pendant le NEDC, le SOC est tombé à 0,27 par moments, indiquant un risque pour la longévité de la batterie, malgré une consommation d’hydrogène réduite.
Le troisième scénario, employant une stratégie de Fuzzy Logic pour l’EMS, a réussi à maintenir le SOC dans la plage optimale de 0,4 à 0,7, s’alignant ainsi sur tous les objectifs du système, y compris une consommation d’hydrogène réduite. Ce scénario a démontré la supériorité de l’approche de la Fuzzy Logic dans l’optimisation de la performance du système et la réalisation des avantages environnementaux et opérationnels prévus.
| Date | 23 sept. 2024 |
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| langue originale | Anglais américain |
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| Établissement diplômant | - École de technologie supérieure
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| Superviseur | Ricardo Izquierdo (Directeur(-trice)) |
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