État de l’art sur les systèmes de recharges des véhicules électriques

État de l’art sur les systèmes de recharges des véhicules électriques

On traite dans cette section de la revue de la littérature de nouveaux systèmes innovants pour la recharge de véhicules électriques. Comme mentionné précédemment, le VE fait partie des technologies à faible impact écologique [1]. Une recherche intéressante porte sur la mise en évidence de la stratégie adoptée dans le cadre du programme de développement des produits verts [1]. Les auteurs analysent la stratégie de Renault pour la commercialisation du VE qui s’ intègre au réseau de transport actuel. La société Renault  » a déjà investi 4 milliards d ‘euros dans un ambitieux programme comprenant quatre véhicules présentés au salon de Paris en 2010 dont les premiers seront commercialisés à La fin de 2011  » [1]. Deux approches sont envisagées dans la stratégie: la première se base sur la construction d’un écosystème micro-local en ce qui concerne le mode de recharge, les équipements publics de recharge, les tarifs électriques, etc. La deuxième approche consiste au développement d’un prototype du VE au niveau de la motorisation et de la batterie.

Dans le même contexte précédent, la société française Modulowatt [9] développe une BR intelligente, présentée en version démonstrateur (au salon de l’ automobile 2010 de Paris), c’ était dans le cadre des systèmes de transport innovants (fig. 2.1). Cette BR présente un nouveau concept de liaison entre le véhicule et la BR basé sur l’ automatisation de la connexion physique. Ce système de Modulowatt est constitué d’une infrastructure de recharge mains libres et un système embarqué dans le véhicule [9]. Ce système est classé parmi les technologies qui tentent de redéfinir un nouveau concept entre le véhicule, le conducteur et l’environnement routier [9]. L’architecture du système Modulowatt se compose principalement du module de raccordement automatique et celui de perception appliquée au système de la borne et du véhicule. Une communication sans fil permet à la borne d’aider le véhicule à se positionner correctement pour l’opération de recharge. Ce dernier à la capacité de se stationner de manière autonome d’une façon à faciliter l’opération de recharge. Un bras mécanique assure le raccordement physique automatique sans intervention du conducteur. De plus, ce système Modulowatt offre la possibilité de brancher plusieurs véhicules électriques à une même source électrique de recharge.

L’ institut Coréen de la Science et de la technologie (KAIST) en Corée du Sud, a développé un prototype de VE qui utilise la solution de recharge sans fil [10] (fig. 2.2). Le prototype porte le nom d’ On-Line Electric Vehicle (OLEV). C’est un système innovant de recharge de la batterie du VE sans connexion physique. Le système utilise la technologie d’induction pour recharger la batterie du véhicule. Il se compose des émetteurs de puissance avec des câbles d’induction enfouis sous la route et des capteurs d’énergie installés au-dessous du châssis du véhicule. Ceux-ci servent au transfert de l’énergie transmise directement au moteur pour sa propulsion dans le cas où la batterie aurait déjà comblé la recharge. Il s’agit d’ électrification de route.

Les véhicules électriques 8 classiques, qu’ils soient entièrement électriques ou hybrides, demandent inévitablement une pause pour recharger leurs batteries, en revanche la technologie adaptée au système de OLEV offre au véhicule la possibilité de recharger sa batterie même au cours de son déplacement. Cela présente un avantage concurrentiel visant à réduire le temps d’arrêt du VE pour la phase de recharge. En 2010, l’OLEV est classé parmi les 50 meilleures innovations par Time Magazine [11]. Elle traite également le problème de la taille de la batterie et de la répartition économique des émetteurs de l’énergie enterrés, tel qu’ils ont un impact direct sur le cout total du système [10].

La stratégie adoptée pour le développement de l’infrastructure de recharge traduit les orientations concurrentielles des développeurs des véhicules électriques. Dans la littérature en matière de développement du VE et les bornes de recharge, la plupart des recherches scientifiques réalisées [3-5, 12-14] abordent principalement les trois questions suivantes: le temps de recharge des batteries, la taille de batterie, le déploiement optimal des bornes de recharge et leur localisation aux positions optimales. Par ailleurs, le développement dans le domaine industriel va très rapidement en matière de la robotisation des bornes de recharges. À la différence du domaine industriel, la recherche scientifique ne présente aucun travail dans ce contexte. Cette absence pose le problème de manque d’informations autour du sujet traité. Il y a bien quelques exemples concrets des bornes de recharges autonomes, mais il n’y a aucune diffusion d’information concernant ces travaux à l’exception des communications de presse.

Les trois différents projets réalisés sur la robotisation des bornes de recharges par trois compagnies, qui travaillent dans le secteur d’automobile, seront présentés dans la suite. Le premier exemple de la BR automatisée, fabriquée par la société DBT en collaboration avec Controlsys [15] (fig. 2.3), est présenté au salon de Genève en 2013 à côté d’un concept de voiture entièrement électrique autonome sous le nom de Link & Go, développé par la société française d’ingénierie AKKA [15]. Ce prototype intelligent de voiture urbaine utilise la borne robotisée pour recharger sa batterie via le bras robotique manipulateur qui fait brancher le connecteur du câble au port de la voiture à l’aide d’un capteur vidéo. Le mode de fonctionnement de la borne est entièrement autonome sans intervention humaine. Ces deux innovations en couple s’inscrivent dans la suite de la technologie future de transport.

Évolution des matériaux éco-composites et leur intégration aux applications technologiques

L’ évolution de la technologie exige de nouveaux procédés industriels utilisant des matières premières plus écologiques. Des temps préhistoriques à ce jour, l’évolution des matériaux est une quête sans fin. Cette évolution nous fait passer des « matériaux de rencontre aux matériaux sur mesure» [18]. En fait, ce passage permet de répondre à de nouvelles exigences multicritères. Le monde des matériaux en est un qui varie selon les besoins et les caractéristiques désirées du matériau [18]. Tout au début, seulement les matériaux naturels étaient disponibles. Un peu plus tard, les céramiques, le verre et quelques métaux nouveaux étaient développés. À la fin du moyen âge, du point de vue de la science, le monde des matériaux est encore peu innovant. Par contre, il est extrêmement évolué en terme d’utilisation [18]. À la suite de la progression des matériaux, l’ acier est devenu le matériau de structure essentielle. Ensuite, le plastique est apparu avec le développement de l’ industrie pétrolière et l’ utilisation de polymères artificiels [18]. Aujourd’hui, on assiste à une explosion des études consacrées au développement de matériaux nouveaux. Le choix du meilleur matériau possible à utiliser n’est pas toujours évident [7, 8, 19-21]. Dans la situation actuelle, le nombre de matériaux disponible pour l’ ingénieur est estimé entre 50 000 à 80 000, avec quelque 3000 procédés pour les mettre en oeuvre [18]. Cette situation conduit à une compétitivité dans l’ industrie de première transformation, de même que dans les différents secteurs industriels [18,21].

À l’heure actuelle, les matériaux de sources fossiles non-renouvelables occupent une place importante dans la vie des individus et dans l’ industrie afin de répondre à leurs besoins. Plusieurs recherches [7, 8, 19,22-24] visent à améliorer la qualité de ces matériaux, et à introduire de nouvelles méthodes de fabrications. On désire de bonnes propriétés mécaniques tout en considérant le problème d’ efficacité économique et énergétique dans le domaine industriel. Dans le monde des matériaux, les polymères sont l’une des trois grandes familles de base, avec les métaux et les céramiques [20]. Les polymères synthétiques sont des matières omniprésentes dans notre vie quotidienne et ils sont utilisés dans une multitude de secteurs.

Cependant, ces matériaux ont un impact très négatif sur l’environnement. Ainsi, les chercheurs tentent dorénavant de développer des polymères à base végétale comme une alternative aux sources fossiles [20]. Contrairement aux matériaux traditionnels, les matériaux composites sont souvent plus performants en termes de propriétés spécifiques (propriété divisée par le poids), utilisés dans des applications de haute technologie dans différents domaines. L’étude de ces matériaux se divise en différents thèmes pertinents [19]. L’ utilisation des matériaux composites à fibres synthétiques pose deux problèmes majeurs. Premièrement, ils ont un caractère non-dégradable. Deuxièmement, leur fabrication exige des sources d’énergie fossiles. On a donc vu apparaître de nouveaux matériaux composites avec des caractéristiques écologiques. À l’ échelle mondiale, on 13 assiste entre autres à une explosion des études portant sur l’ élaboration des matériaux composites à fibres naturelles, ou CFN [7, 8, 25].

Table des matières

Remerciement
Résume
Abstract
Table des matières
Liste des figures
Liste des tableaux
Liste des abréviations
Chapitre 1 . Introduction
1.1. Contexte général
1.2. Problématique
1.3. Objectifs
Chapitre 2 . Revue de la littérature
2.1. État de l’art sur les systèmes de recharges des véhicules électriques
2.2. Évolution des matériaux éco-composites et leur intégration aux applications technologiques
2.3. Méthodes d’ identification des paramètres dynamiques
Chapitre 3 : Fabrication, Simulation, Identification et Instrumentation de l’éco-robot
3.1. Fabrication de structures en éco-composite
3.2. Modélisation sur SolidWorks
3.3. Simulation sur Matlab/Simulink
3.4. Expérimentation: mesure de l’énergie consommée et de la répétabilité
Chapitre 4 : Analyses par simulation dynamique du bras robotique
4.1. Modélisation dynamique par la méthode de Newton-Euler
4.1.1 Récurrence de passe directe: calcul des grandeurs cinématiques
4.1.2 Récurrence de passe inverse: calcul des grandeurs cinétiques
4.2. Génération de la trajectoire
4.3. Identification hors-ligne des paramètres inertiels
4.4. Calcul théorique des couples des actionneurs
4.5. Calcul théorique de l’énergie dissipée par les actionneurs
4.6. Conclusions
Chapitre 5 : Expérimentations
5.1. Mesure expérimentale d’énergie consommée par les actionneurs
5.2. Répétabilité de l’éco-manipulateur robotique
5.3. Conclusions
Chapitre 6 : Conclusions et Perspectives
6.1. Retour sur les objectifs
6.2. Compromis poids-répétabilité
6.3. Perspectives d’avenir
Références
Annexe

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