Design and simulation of a fast-charging station for plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) batteries

With the increasing interest in green technologies in transportation, plug-in hybrid electric vehicles (PHEV) have proven to be the best short-term solution to minimize greenhouse gas emissions. Despite such interest, conventional vehicle drivers are still reluctant in using such a new technology, mainly because of the long duration (4-8 hours) required to charge PHEV batteries with the currently existing Level I and II chargers. For this reason, Level III fast-charging stations capable of reducing the charging duration to 10-15 minutes are being considered. The present thesis focuses on the design of a fast-charging station that uses, in addition to the electrical grid, two stationary energy storage devices: a flywheel energy storage and a supercapacitor. The power electronic converters used for the interface of the energy sources with the charging station are designed. The design also focuses on the energy management that will minimize the PHEV battery charging duration as well as the duration required to recharge the energy storage devices. For this reason, an algorithm that minimizes durations along with its mathematical formulation is proposed, and its application in fast charging environment will be illustrated by means of two scenarios.Depuis le développement de l'intérêt porté aux technologies propres appliquées au domaine de l'automobile et du transport, les véhicules hybrides et électriques rechargeables (VHER) sont reconnus comme le meilleur compromis qui diminuerait les émissions de gaz a effet de serre. Malgré ce progrès pour l'environnement, la plupart des usagers de véhicules conventionnels refusent de s'adapter à cette nouvelle technologie a cause du long temps requis (4 à 8 heures) pour recharger les batteries des VHERs si les chargeurs de Niveau I et II existants sont utilisés. Pour cette raison, les stations de recharge rapide de Niveau III sont largement considérées. La présente thèse propose une station qui emploi comme sources d'énergie le réseau électrique ainsi que deux sources de stockage d'énergie : une roue d'inertie et un supercondensateur. Les convertisseurs qui permettent l'interface de ces sources avec le chargeur sont également conçus et dimensionnés en énergie. Afin d'optimiser le temps requis pour recharger la batterie du VHER ainsi que le temps requis pour recharger les sources de stockage, un algorithme est proposé avec son application à la technologie de recharge rapide. Deux différents scenarios sont mis en oeuvre pour illustrer l'efficacité de cet algorithme