Dimensionnement par optimisation multiphysiques de machines électriques en considérant le véhicule et sa chaîne de traction complète

IFP Energies nouvelles - Mobilité et Systèmes

Stage Electricité / Electrotechnique Hauts-de-Seine entre février et août 2023 de 5 à 6 mois


IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : Mobilité Durable, Energies Nouvelles, Climat / Environnement / Economie circulaire et Hydrocarbures Responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

  • l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
  • la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Dimensionnement par optimisation multiphysiques de machines électriques en considérant le véhicule et sa chaîne de traction complète

La mission principale de la Direction Mobilités et Systèmes est de proposer et développer des produits innovants pour le domaine de la mobilité et des transports, dans un objectif d'amélioration des groupes motopropulseurs et des véhicules de demain. Dans cette vision, les véhicules électriques et/ou fortement électrifiés sont plébiscités pour répondre aux renforcements successifs des contraintes environnementales auxquelles devront répondre les futurs véhicules automobiles.

Cependant, l’électrification des véhicules nécessite encore des améliorations sur plusieurs aspects afin d’être considérés comme une solution viable et durable. Les principaux verrous à son déploiement sont notamment le coût du véhicule et l’accès à la recharge. La réduction du coût du véhicule électrique passe par la réduction du coût des composants de sa chaîne de conversion, que sont la batterie, le convertisseur statique de puissance, le moteur électrique et les éléments de transmission mécanique.

Le moteur électrique est donc un organe central de la chaîne de traction et fait l’objet d’une conception par optimisation qui est un problème multi-objectif, de grandes dimensions, non linéaires, faisant appel à plusieurs domaines de la physique parmi lesquels on peut citer l’électromagnétisme, la thermique, la mécanique, la mécanique vibratoire et l’acoustique. De ce fait, l’amélioration des modèles des machines électriques de traction est un enjeu majeur pour l’électrification massive des véhicules et nécessite l’utilisation d’outils de simulation suffisamment précis et prédictif.

L’objectif du stage sera dans un premier temps d’améliorer nos modèles de calculs électromagnétiques 2D en s’appuyant sur les modèles existants et la bibliographie afin de proposer des modèles semi-analytiques (éléments finis et analytiques) pour réduire le temps d’évaluation des modèles. Le second volet du stage sera de mettre en place une méthodologie de dimensionnement par optimisation de la machine électrique en prenant en compte le cycle complet de conduite et tous les éléments de la chaîne de traction (batterie, onduleur, machine électrique, réducteur-différentiel).

Pour ce faire, le stagiaire pourra s’appuyer sur l’outil de dimensionnement par optimisation de machines électriques (eMODTools-ATOUT) basé sur les surfaces de réponses existant à l’IFPEN et l’enrichir avec la nouvelle méthodologie qui sera mise en place.

Le stage se déroulera de la manière suivante :

  1. Étude bibliographique sur les modèles électromagnétiques semi-analytiques et les méthodologies dimensionnement de la chaîne de traction prenant en compte le cycle complet de conduite.
  2. Prise en main des outils de conception et de simulation de l’IFPEN. Amélioration des modèles électromagnétiques afin de réduire le temps d’évaluations de ces modèles lors de la génération de la cartographie du moteur (la méthodologie a déjà été identifiée, le stagiaire devra l’appliquer).
  3. Mise en place de modèles analytiques simples des éléments de la chaîne de traction (batterie, onduleur, Réducteur-Différentiel). Le moteur électrique sera modélisé par des surfaces de réponses via l’outil interne ATOUT à partir des calculs par éléments finis 2D.
  4. Modélisation complète de la chaîne de traction en associant les modèles des différents composants de la chaîne. Simulation d’un véhicule électrique sur cycle complet pour une topologie de machine donnée.  Intégration de la méthodologie à l’outil eMODTools-ATOUT.
  5. Optimisation complète de la chaîne de conversion (batterie, onduleur, moteur électrique et réducteur-différentiel) sur différents cycles de conduite à partir d’un cahier des charges données.

Profil recherché :

Bac +4/5 : 3e année d’école d’ingénieur ou Master 2 à dominante Génie électrique.

  • Connaissances machines électriques souhaitées.
  • Connaissances en électrotechnique obligatoires
  • Connaissance de Matlab obligatoire
  • Goût pour la simulation numérique
  • Connaissances en algorithmes d’optimisation serait un plus.

Renseignements pratiques :

Le stage se déroulera à l'IFP Énergies nouvelles à Rueil-Malmaison. Une indemnité mensuelle sera versée au stagiaire (si non rémunéré par ailleurs).

Durée du stage et période souhaitée : 5 à 6 mois : de Février-Août 2023


(PDF - Max : 5 Mo)
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Koua Malick CISSE

Indemnité Oui

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