Project Proposals


PhD Thesis: Control Design and Optimization Studies of a Hybrid Excitation Synchronous Motor for High Performance Electric Vehicles

New transportation systems have to be developed to face the increase of pollution and the depletion of petroleum resources. Hybrid Electric Vehicles (HEVs) and Electric Vehicles (EVs) are promising solutions in reducing the staggering dependence on fossil fuels and the amount of CO2 emission. Hybrid electric feeding system presents interesting solutions to address some issues related to pure EVs. For instance, considering the complementary characteristics of different type of motors has an interesting potential. For this purpose, hybridization in the excitation system can combine the favorable qualities of high-torque at low-speed with superior overloading capability, exceptional flux weakening and extended Constant Power Speed Range (CPSR), high efficiency, and flexible controllability in motoring and generation modes. With Hybrid Excitation Synchronous Motor (HESM) technology, we can also shift from the rare-earth magnets towards the cheap ferrite magnets and guaranty the supply for motor industry. Nevertheless, the conjunction of multiple excitation voltage requires appropriate control algorithms to manage through converters the power demand. Therefore, this project will concentrate on the development of improved and robust control of HESM-drive and will focus on the design, implementation and testing of the new HESM-based powertrain. A particular interest is linked to the use of new generation switching devices (GaN, SiC) to maximize the positive impact of very high frequency switching techniques. Special attention will be given to the link between the ESSs and the motor-drive for hard acceleration and braking operations. The design of a specific high-performance and -efficiency powertrain will involve important developmental studies to obtain a reliable improved supply system best suited for hard acceleration and braking processes. This will be achieved through an intensive simulation studies using MATLAB/Simulink. Also, an advanced control loop linking excitation and main current control will be explored. A specific HESM topology will be simulated to have broader options and to get more detailed design control procedures for the realization of high-performance and -efficiency powertrain. A 3kW HESM prototype will be built during the first period of the research project based on the previous design. Then, an experimental setup which can be used as test bench for validation and comparison of new designed control techniques should be also implemented.


PhD Thesis: Design, Implementation and Control of DC/DC Converters for High Specific Power Energy Storage Systems

New transportation systems must be developed to face the increase of pollution and the depletion of petroleum resources. Hybrid Electric Vehicles (HEVs) and Electric Vehicles (EVs) are promising solutions in reducing the staggering dependence on fossil fuels and the amount of CO2 emission. Hybrid electric feeding system presents interesting solutions to address some issues related to pure EVs. For instance, considering the complementary characteristics of different Energy Storage Systems (ESSs) has interesting potential [1]. For this purpose, DC/DC converters are commonly used to add additional degrees of freedom to ESSs (voltage compatibility with the powertrain DC bus and power flow control) [1]. The converter topologies as well as the design of the related power inductor play an essential role in overall system performance. Nevertheless, the conjunction of multiple voltage ESSs into a common DC bus requires an appropriate buffering via inductors, the size of which is always an issue in EV topic. Therefore, this project will concentrate on the development of improved DC/DC converters (interleaved) and will focus on the design, implementation and testing. A particular interest is linked to the use of new generation switching devices (Gan, SiC) [2 – 3] devoted implementation of planar variable inductors-based converter [4 – 5]. Special attention will be given to the connection of the ESSs with high-specific power (Li-Ion capacitors and Supercapacitors) to the supply system in order to provide/store high amounts of energy for hard acceleration and braking operations. The design of a specific high-performance converter will involve important developmental studies to obtain a reliable improved supply system best suited for hard acceleration and braking processes. This will be achieved through an intensive simulation studies using MATLAB/Simulink and the finite element method. Also, an advanced control loop linking auxiliary and main current control will be explored. Several converter and inductor topologies will be simulated to have broader options and to get more detailed design procedures for the realization of high-efficiency, small size DC/DC converters [5]. Then, an experimental setup which can be used as test bench for the comparison of the new and conventional converters is going to be implemented. This work will be developed at e-TESC Lab of the University of Sherbrooke, QC, Canada.


Maîtrise – Projet d’essai: Évaluation expérimentale d’un système de stockage d’énergie hybride

Dans les véhicules électriques (VE) l’accent est mis non seulement sur la puissance spécifique (accélération), mais également à la durée de vie du principal système de stockage d’énergie (ESS). Les batteries sont les SSE les plus adaptées aux véhicules électriques, bien qu’elles soient encore limitées en termes de puissance/densité d’énergie. De plus, les batteries avec des caractéristiques de puissance et de densité d’énergie élevées ont toujours un coût élevé. Le couplage des batteries avec d’autres sources d’énergie peut permettre d’atteindre de meilleures performances globales, en particulier les sous-systèmes hybrides de stockage d’énergie combinant batteries et supercondensateurs (SC). Les batteries sont de nos jours le composant le plus cher d’un véhicule électrique ou hybride. La dégradation des batteries au cours des cycles de conduite sont donc coûteuses. Par conséquent, l’ajout de SC pour réduire les contraintes de vieillissement des batteries est un aspect intéressant.
L’objectif final de ce travail est d’évaluer par une procédure de test expérimental approfondie l’évolution du vieillissement de batteries Li-ion en considérant différents profils de courant basés sur des topologies hybrides (batterie seule ou batterie plus SC), cette dernière sous différentes stratégies de gestion de l’énergie.
Une analyse complète sera effectuée au cours de cet essai, avec une évaluation de topologies hybride batterie / SC par rapport à la configuration batterie seule en utilisant les valeurs RMS (Root Mean Square) du courant de la batterie où d’autres facteurs de mérite. Plusieurs campagnes de données expérimentales de différents profils de cycle de vieillissement basés sur les courants du groupe motopropulseur seront menées pour évaluer l’impact de différents profils de décharges et valider les conclusions basées sur le facteur de mérite RMS.
La conclusion sera de valider le facteur de mérite RMS en tant que méthode de quantification du vieillissement et son utilisation future pour la prédiction du vieillissement dans le domaine des VE.


Maîtrise Eq. – Système de pilotage intelligent HIL (Hardware In the Loop) véhicules électriques utilisant un simulateur de conduite (environnement jeu vidéo)

Développer un nouveau système HIL dédiés aux applications automobiles n’est pas une tâche facile. Ces systèmes doivent fonctionner de manière fiable et précise dans des conditions difficiles, d’où la nécessité de tests et de vérifications approfondis. Les essais dans le monde réel sont lents et très coûteux, et il existe des limites de test en raison des considérations relatives à la sécurité. Pour ce fait, ce projet vise développer une interaction intelligente entre un simulateur de conduite de jeu vidéo et une plateforme de test HIL pour fournir des tests en boucle fermée en fournissant un environnement réaliste au dispositif sous test, permettant d’évaluer en temps réel sa performance dans le cadre de plusieurs dynamismes de conduite, différentes pistes et diffèrent parcours, tout en restant au laboratoire. Les défis liés à l’extraction des données la commande du jeux vidéo, la communication en temps réel et le retour des capteurs de la plateforme de test devront être étudiés afin de garantir la qualité des tests en boucle fermé de ce type de plateforme.


Maîtrise Eq. – Développer un système HIL (Hardware In the Loop) véhicules électriques flexibles à l’aide d’une plateforme de test modulaire

Les tests HIL aident à valider les logiciels embarqués sur les microprocesseurs automobiles à l’aide de techniques de simulation et de modélisation pour raccourcir les temps de test et augmenter leur spectre, en particulier pour les cas de test difficiles à reproduire de manière fiable en laboratoire physique / sur piste / sur le terrain. Les tests HIL sont plus que jamais nécessaires pour garantir la fiabilité des systèmes de véhicules électriques multi-moteur multi-source. En tant que méthodologie de test, HIL est cruciale pour tester la connectivité et l’interdépendance croissantes entre les systèmes et les domaines de véhicules, car ils contribuent conjointement aux attributs clés des véhicules.
Dans le cadre ce projet, le candidat devra faire l’asservissement d’une plateforme multi-moteur piloter via Opal-RT (Simulink) utilisant CANOpen pour la mesure des grandeurs mécaniques (vitesse et couple) et le pilotage des machines d’émulation et asservissement d’un onduleur à IGBT directement de Simulink utilisant une plateforme SEMIKRON pour machine asynchrone. Plusieurs scénarios de validation seront mis à contribution pour vérifier la modularité de la plateforme.