Automobile · Simulation système

Véhicule à hydrogène : un simulateur de chaîne de traction à pile à combustible

Estimer la consommation d'hydrogène et arbitrer la stratégie énergétique d'un véhicule à pile à combustible avant tout prototype : un simulateur système complet, du cycle WLTP à l'état de charge de la batterie, seconde par seconde.

100 kWpile à combustible

8 kgH₂ à 700 bar

20 kWhbatterie 800 V

23,26 kmcycle WLTP

Véhicule à hydrogène : lignes de courant sur le capot et pile à combustible visible par transparence

Le défi

Un véhicule électrique à pile à combustible en développement : 2 100 kg, Cx = 0,29, surface frontale de 2,70 m², réservoir de 8 kg d'hydrogène à 700 bar, pile de 100 kW, batterie 800 V de 20 kWh et trois moteurs électriques (deux de 100 kW à l'avant, un de 200 kW à l'arrière). Avant tout prototype, il fallait estimer la consommation d'hydrogène, arbitrer entre architectures de chaîne de traction (série, parallèle, mixte) et régler la stratégie de répartition entre pile et batterie.

Notre approche

Un simulateur système en modèle inverse : à partir du profil de vitesse et de la pente de la route, le modèle remonte la demande de puissance à travers des modèles chaînés de route, de véhicule, de transmission et de moteurs, puis la répartit entre pile à combustible et batterie. Deux niveaux de finesse sont proposés : un modèle global pour comparer rapidement des scénarios, un modèle détaillé recalable sur essais.

L'application est livrée avec une interface de paramétrage : caractéristiques du véhicule, profils WLTP ou importés, pente, lecture des résultats en temps réel.

Cycle WLTP simulé : vitesse du véhicule et état de charge batterie pour trois stratégies initiales — Cycle WLTP simulé : vitesse et état de charge batterie pour trois stratégies initiales (données du simulateur)

Résultats

Consommation d'hydrogène, puissances pile/batterie/véhicule, courants et état de charge simulés seconde par seconde sur le cycle WLTP complet (23,26 km, pointe à 131 km/h)
Trois stratégies d'état de charge initial comparées (0, 50 et 100 %) : la pile recharge la batterie puis les trajectoires convergent vers 74 à 78 % en fin de cycle
Architectures série, parallèle et mixte évaluables par simple changement de paramètres, sans nouvel essai physique

Répartition de puissance simulée entre pile à combustible et batterie sur le cycle WLTP — Répartition de puissance entre demande véhicule, pile à combustible et batterie (SOC initial 50 %)

Et après

Le même cadre de modélisation s'étend au recalage sur essais par ajustement de paramètres, puis au châssis : stabilité, tenue de route, performance et sécurité du véhicule complet.

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