Research Projects


Efficient Electric Vehicles with Hybridized Energy Storage Systems

The main objective for this research project is to contribute to electric vehicles rapid advancements demand and concentrates on powertrain R&D to reach highest performance and efficiency. Targeting major issues, the proposed research program is divided in 3 specific objectives: (1) developing reliable and modular energy storage systems that encompass multiple energy sources within extended lifetime operations, to improve powertrain performance; (2) designing improved power converters based on wide bandgap transistors and hybrid excitation synchronous motors, to improve powertrain efficiency; and (3) developing suitable and optimized energy management systems.


Improvement of Electric Vehicles Performance using Energy Storage Systems (ESS) with High Specific Power (HSP)

Electrified powertrain systems have gained a significant interest to develop energy-efficient Electric Vehicles (EVs). Energy Storage System (ESS) is central to reach higher driving range, better climbing or acceleration capabilities, and increased energy efficiency. Currently, batteries are widely-used in EVs, but to obtain an acceptable driving range, batteries with High Specific Energy (HSE) are typically preferred but their specific power is normally low (~1kW/kg). Recent trends suggest that new battery systems with promising potential as Li-Ion capacitor or SuperCapacitors (SCs) have been developed to give High Specific Power (HSP) (~12kW/kg). These systems could address part of the fast degradation of the main energy battery when coupled together, and increase the driving range by storing the braking energy more efficiently. Their control is a double challenge because it demands a high performance converters and an intelligent management. The long-term vision of my research is to develop performant, reliable and cost-effective energy conversion and ESSs for transport that will reduce overall fossil fuel consumption. Since 2008, my research has focused on the real time power sharing strategies for a multi-ESS EVs (battery and SCs) for increasing the global performance at the end of the driving cycle. In parallel, I have studied the Variable Inductor (VI) concept to solve the saturation issues of power inductors for high power transfers showing a considerable reduction of magnetic material, with better efficiency and power density.

As an enhancement of the aforementioned research, the general objective of this Discovery Grant (DG) is to demonstrate that HSP-ESSs coupled through improved VI-based power converters, correctly coordinated by an intelligent multi-objective energy management algorithm, may increase the global efficiency and the driving performance of EVs. To achieve this goal, under an extended interdisciplinary challenge, I will pursue the following 3 specific objectives: 1) to analyze the energy efficiency of HSP-ESS, with the specific usage of VI-based converters, including theirs design and implementation; 2) to study the impact on the main ESS performance with the addition of the HSP-ESSs, using a new defined indicator of merits; 3) to develop algorithms encompassing multiple objective functions to which different degrees of importance are assigned as a function of some exogenous variables (traffic, user requirements, weather conditions, etc.), to address the random nature of the power demand of the driving cycle.

The novelty of the proposed approach is to use the VI concept in order: 1) to develop more efficient, smaller and lighter DC/DC converters; and 2) to define multi-objective algorithms to better integrate the HSP-ESSs into the EV to address simultaneously two main challenges: the energy management of multi-ESS and the control complexity of the VI.


Gestion optimisée des flux énergétiques dans les véhicules électriques multi-source multi-moteur

Dans l’optique d’accélérer l’électrification du transport routier par poids lourd, le couplage simultané de plusieurs sources, d’un côté, et plusieurs moteurs électriques, de l’autre, fait figure de sérieux candidat afin de minimiser la consommation de carburant et ainsi réduire les émissions polluantes.

De ce fait, il devient pertinent de mener une réflexion quant à l’intégration de plusieurs sources d’énergie et plusieurs moteurs électriques de caractéristique très différenciés au sein d’un même système de traction, dans le but de réduire au maximum la consommation et les émissions. D’une part, chacune des sources pourrait être utilisée à son point de fonctionnement idéal, minimisant ainsi l’impact sur sa durée de vie et augmentant son rendement énergétique. D’autre part, le couplage de différents types de moteurs électriques, qui déplacerait le fonctionnement du moteur de combustion interne vers des zones de fonctionnement moins énergivores et moins polluantes, augmenterait le rendement de la traction électrique pour différents régimes de fonctionnements (bases et haute vitesses), plaçant les points d’opération des différents moteurs dans leurs zones de meilleurs rendements. Cette approche modulaire favorise l’intégration au sein des véhicules, essentiellement au niveau de la remorque, ce qui pourrait impacter plus rapidement le parc de véhicules poids lourd déjà existant. De plus, cette approche autorise le fonctionnement en mode dégradé du véhicule et accroit donc la fiabilité du système en continuité de service. Enfin, si un système mono-source mono-moteur ne présente qu’un seul point de rendement optimal, multiplier les sources et les moteurs permettra d’augmenter ce nombre de points et ainsi une gestion d’énergie plus efficace sur toute la gamme de couple/vitesse du véhicule.

Ainsi, l’objectif principal de ce projet de recherche consiste à concevoir un système multi-source multimoteur apte à s’intégrer au sein d’un véhicule routier poids lourd. Ces travaux engloberont les aspects matériels et logiciels (commande et gestion d’énergie) et se placeront dans une logique d’optimisation des rendements énergétiques des véhicules électriquement assistés, dans le but d’une plus grande pénétration de l’électrification des transports dans un secteur d’activité qui représente plus de 37% des émissions totales de GES au Canada.