Projets financés

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Transport intelligent

  • Projet ARION phase 1 : développement d’un système de navigation pour véhicule électrique (hors-route)

    Le projet s’inscrit dans un nouveau programme de recherche lancé par l’IVI qui s’échelonnera sur 5 ans et vise à développer une nouvelle capacité d’innovation dans le domaine des véhicules autonomes pour des applications hors-routes. Quatre applications seront étudiées dans le cadre du programme ARION, la première visée étant une navette de transport de personne sur campus privé. Toutes les applications profiteront de la recherche qui aura été effectuée dans la phase 1 pour la création d’un système de navigation autonome.
  • Développement d’outils à l’évaluation de la robustesse et de la fiabilité des véhicules intelligents et autonomes pour un transport routier sécuritaire

    The purpose of this project is to bring Quebec to a leading position worldwide in the field of testing, certification and homologation of intelligent vehicles, to help saving lives on our roads and to decrease the impact of road traffic on the environment. Much hope arises by the advent of information technologies embedded in modern vehicles. Advanced Driver Assistance Systems (ADAS), connected vehicles and automated driving functions are rapidly being developed and deployed. However, this rapid development has also raised a growing need to cope with the performance evaluation and effectiveness of these highly complex systems. Before we can put these new intelligent vehicles on our roads, we need to test them thoroughly to make sure the safety benefits are not penalized by unpredicted or dangerous system behaviour. Indeed, road safety is directly related to the reliability and the robustness of the embedded sensors and systems. The testing and validation processes must evolve to cope with this increasing complexity and new innovative solutions need to be found. To evaluate the performance of processing and decision-making algorithms in intelligent vehicles, we need to develop and use an extensive suite of simulation and testing tools that can jointly operate in real time or accelerate time and match closely real vehicular and driving scenarios. Hence, this project focuses on the development of simulation and physical test protocols as well as the exploitation of field operational tests (FOT) data. For this purpose, new algorithms, mathematical models and software tools are required for extracting, processing and analyzing the corresponding huge amount of data. The vision of this project is based on the concept of « extended » testing procedures for intelligent vehicles involving a « physical » part with instrumented vehicles on test tracks, open databases gathering the data from field operational tests (FOT) on the roads and a part based on modelling and simulation of virtual multi-vehicular scenarios. It is worth noting that those components are all interrelated and must be conducted in parallel while considering feedback loops to enhance one another method, thus reflecting the data exchanges used to improve the testing method performance. Keywords: Vehicular technologies, Automotive and road safety, Intelligent transportation systems, Sensors and complex systems, ADAS, Crash test protocols, testing intelligent vehicles, autonomous vehicles, automated driving, connected vehicles

Transport électrique

  • Station de recharge solaire autonome et universelle pour bicyclettes électriques

    Ce projet vise le développement d’une station de recharge solaire autonome pour tout type de bicyclette électrique destinée au marché Européen et Nord-Américain. La station de recharge solaire consiste en 5 principaux sous-systèmes : un système photovoltaïque, un système de stockage d’énergie par batteries, un système de verrouillage électronique, un système de conversion de puissance et un système universel de recharge de batteries. La station de recharge ne nécessitant aucun branchement au réseau électrique, il sera facile de la relocaliser selon les besoins spécifiques des utilisateurs ou encore pour des fins d’entreposage saisonnier. En plus d’offrir un système de sécurité avancé et une application mobile aux usagers, la station de recharge inclura plusieurs types d’alimentation électrique permettant d’alimenter tout type de vélo électrique sur le marché.

  • Méthodologie de design et d’évaluation d’un service de taxi par véhicules électriques

    L’objectif principal de ce projet est d’évaluer un nouveau concept de service de taxis par véhicules électriques. Il permettra de développer et valider certaines composantes clés d’un tel service par exemple le positionnement stratégique des bornes de recharge et des postes d’attente, les possibilités et contraintes liées aux différents types de véhicule ou encore la création d’algorithme de calculs de chemins incluant les besoins énergétiques liés aux itinéraires (selon les segments empruntés, le niveau de congestion, le type de segment routier).

  • Développement d’un système de gestion de la recharge pour une flotte d’autobus électriques

    L’autobus scolaire électrique tend à devenir de plus en plus populaire auprès des opérateurs de transport scolaire et sa pénétration dans les prochaines années au Québec devrait être exponentielle. La compagnie électrique Lion est le seul fabricant d’autobus scolaires électriques à grande capacité en Amérique du Nord et est devenu en deux ans un leader de l’électrification.
    Autobus Laval possédant une flotte de 160 autobus scolaires dans la région de Québec est le plus grand opérateur d’autobus électriques scolaires au Québec. Propriétaire de 7 autobus électriques, il vise en acquérir 25 d’ici 2020 et ultimement posséder une flotte 100% électrique.
    L’autobus scolaire est une adaptation idéale pour le véhicule électrique puisqu’il a des temps d’arrêts pour se recharger le jour et la nuit. Cependant, il est apparu à Autobus Laval, plusieurs dépassements de la pointe de puissance, ce qui a eu pour conséquence d’augmenter drastiquement ses coûts en électricité.
    Bien que le tarif d’Hydro-Québec soit l’un des plus faibles en Amérique du Nord, il est évident que si cette problématique persiste, la vente d’autobus électriques sera lourdement affectée, devenant malheureusement un frein à son déploiement.
    Il est ainsi apparu urgent pour plusieurs industriels de trouver une solution durable, rentable, simple et universelle afin d’optimiser les coûts d’exploitation d’une flotte d’autobus électriques. Dans le présent projet, Hydro-Québec, Cortex, Autobus Laval et la compagnie électrique Lion, collaboreront avec l’IVI dans le développement d’un système optimisé de gestion de la charge destiné à une flotte d’autobus scolaires électriques.
    Cette solution favorisera la pénétration de l’autobus électrique dans le marché et permettra d’éviter l’émission de 110 320 tonnes de CO2e d’ici 2029.

  • Étude expérimentale et fabrication de systèmes de gestion thermique pour piles Li-Ion à base de caloducs polymériques pour véhicules électriques

    L’intérêt pour les véhicules électriques (VE), comprenant les véhicules hybrides et rechargeables, a augmenté ces dernières années. Les batteries Li-ion sont le principal type de batterie utilisé dans ces véhicules. La gestion thermique des batteries Li-ion a des répercussions importantes sur leur performance, la durée de vie et la sécurité. Tandis que la température globale de fonctionnement d’un véhicule est généralement de -45 ° C à 55 ° C, la plage de fonctionnement d’une batterie Li-ion est limitée entre 20 à 40 °C. Ceci démontre clairement la nécessité d’un système efficace de gestion thermique de la batterie. Dans ce projet, nous proposons l’intégration de caloducs polymérique avec des matériaux à changement de phase (MCP) en tant que système de gestion thermique léger, à faible coût et efficace pour les batteries Li-ion dans les véhicules électriques. L’objectif principal de ce projet est de fabriquer et de tester un caloduc polymérique et d’en évaluer la performance dans des conditions réelles de fonctionnement dans un module de batterie. Cette nouvelle technologie peut être potentiellement 80% moins chère et 90% plus légère par rapport aux échangeurs de chaleur métalliques actuellement utilisés dans les véhicules électriques. Ces travaux sont faits dans le cadre d’une collaboration avec des partenaires industriels avec une perspective de commercialisation.

  • Bloc Batterie échelonnable à haute efficacité d’énergie pour véhicules récréatifs et modélisation avancée

    Cette proposition concerne la recherche d’architectures de blocs-batterie au lithium destinés à des véhicules récréatifs électriques. Ces blocs-batterie spécifiques aux véhicules récréatifs, ont comme contrainte particulière le peu d’espace disponible et surtout la demande de puissance prétendue pour ce type particulier de véhicules. En plus de la compacité, la modularité des architectures recherchées sera un critère à considérer, afin de rendre possible la commercialisation de tels véhicules permettant d’embarquer entre 5 et 20 kWh d’énergie. Le refroidissement optimal d’un tel bloc batterie à coût et volume minimaux, ainsi que l’établissement de la durée de vie de celui-ci seront également investigués dans l’étude. Un des volets de la proposition, en lien avec l’augmentation de la durée de vie du bloc-batterie traitera de l’implantation de systèmes actifs d’égalisation des cellules. De même, les matériaux à changement de phase pour le refroidissement forment l’un des éléments principaux de cette proposition. Ce projet de recherche se décompose donc en trois volets scientifiques principaux : 1) développement de modèles dynamiques et électrothermiques de blocs-batterie échelonnables sur une plage 5 – 20 kWh, 2) refroidissement par matériaux à changement de phase, 3) égalisation active des cellules.

  • Batterie et système de gestion de l’énergie pour véhicule électrique récréatif

    Ce projet de recherche ayant cours au CTA pour une durée de 1 an est centré sur le développement complet d’une batterie au Lithium incluant les différentes composantes et fonctions telles que le système de refroidissement, le gestionnaire BMS, les systèmes de sécurité et périphériques de connexion. Cette batterie se destine d’abord et avant tout à des applications dans le domaine des véhicules récréatifs. Ce projet prévoit également la participation d’un partenaire intégrateur à partir de la phase de pré-industrialisation.

  • Conception et validation d’un bloc batterie Li-ion pour véhicules électriques industriels

    Le but de ce projet est de concevoir et de produire un assemblage de batteries Li-Ion pour des applications de petits véhicules électriques. L’amélioration des caractéristiques de l’assemblage de batteries Li-Ion permettra de mieux justifier la différence de coût par rapport aux accumulateurs au plomb auprès de ses clients et d’introduire sur le marché un nouveau véhicule industriel pour usage extérieur. Les applications de ce nouveau module sont multiples : véhicules industriels, chariots élévateurs ou systèmes de réduction du ralenti de véhicules lourds.

  • Optimisation des procédés de fabrication et des matériaux Composites Magnétiques Doux (CMD) pour une nouvelle génération de moteurs électriques hybrides à bas coût et haute efficacité

    Beaucoup d’efforts sont mis à travers le monde pour réduire l’empreinte environnementale des véhicules automobiles, en particulier par le développement et le déploiement des véhicules électriques (VÉ). L’amélioration de la performance, de la fiabilité, de la sécurité et la réduction des coûts sont les principaux bénéfices recherchés. Au Canada, le CNRC vient de compléter un projet supporté par Ressources naturelles Canada (RNCan) visant à réduire le coût des moteurs électriques en combinant l’expertise en technologies de fabrication du CNRC, de TM4 et de Rio Tinto Metal Powder (RTMP). Ce projet a conduit au lancement par TM4 de 3 nouveaux moteurs en juin 2016. En substituant jusqu’à 25% des aimants permanents avec des matériaux composites magnétiques doux (CMD), et en tirant parti du couple de réluctance de la conception du rotor extérieur de TM4, des moteurs offrant une augmentation jusqu’à 45% du couple et de la vitesse ont été développés. À la base de ces nouveaux produits est le développement dans le cadre de ce projet d’un grade expérimental de matériau CMD. Pendant la phase de mise à l’échelle pour la production industrielle, des difficultés ont été rencontrées qui nécessitent une optimisation des propriétés des poudres de base et du procédé de fabrication. L’objectif de ce nouveau projet est d’optimiser pour cette application spécifique les procédés de fabrication et les propriétés requises des matériaux CMD et de fixer les spécifications du produit commercial de RTMP pour la production en série des composantes de TM4. Les chemins d’optimisation et les recommandations qui seront tirés de cette étude permettront à RTMP de développer un guide pour l’utilisation optimale des produits CMD à l’intention de ses clients et à TM4 de déployer la technologie CMD sur l’ensemble de ses produits.

  • Émulation en temps réel de systèmes d’entraînement pour véhicules électriques et hybrides

    Ce projet réunit 3 industries importantes du Québec et une université centrée sur la recherche qui a pour mission de concevoir de nouveaux produits pour ces industries. L’objet principal du projet est de faire la démonstration d’un émulateur de machine faisant usage d’amplificateurs et de l’électronique de puissance et qui correspond à des machines en situation réelle de travail. Un vrai onduleur joint à un contrôleur Opal RT peut être connecté à cet émulateur pour tester l’étendue de sa fonctionnalité avant que la machine réelle ne soit construite. Il existe dans l’industrie un réel besoin pour cette nouvelle technologie. On peut donc tester tant les machines électroniques de puissance que les contrôleurs avant le prototypage de machine qui est coûteux en temps et en argent. Une nouvelle machine sera conçue à l’aide du logiciel Infolytica instrumenté de manière unique pour y permettre la mise en œuvre de nouveaux algorithmes améliorés. Cette nouvelle machine ainsi que les machines et circuits électroniques de puissance existant dans les laboratoires de Concordia seront mis à contribution pour la création de nouveaux modèles de machines électriques et de circuits électroniques de puissance validés pour leur utilisation dans les produits liés aux technologies Opal RT et Infolytica. Cela permettra d’accroître les ventes auprès des consommateurs exigeant des modèles fiables. Les nouveaux produits seront élaborés par Opal RT selon la machine émulée et la technologie à matériel incorporé (hardware-in-the-loop). Quand les modèles auront été conçus, l’IREQ s’en servira pour ses besoins en recherche ; il constitue donc un client pour OPAL RT et Infolytica. Et, bien que cette application soit étudiée sous l’angle des véhicules électriques et hybrides, le concept a de bien plus vastes applications.

  • Optimisation de l’efficacité d’un moteur électrique à aimant permanent transport lourd urbain

    Dans une application où le véhicule effectue beaucoup d’arrêts, le moteur passe une bonne portion du temps dans une zone d’inefficacité. L’énergie des batteries est alors dissipée en chaleur plutôt que de servir au déplacement du véhicule. Le projet consiste donc à surmonter ce défi, en se concentrant sur la portion motricité, laquelle utilise la presque totalité de l’énergie. Plusieurs entreprises pourraient directement bénéficier des avantages de cette avancée technologique, notamment celles qui œuvrent dans le transport collectif, le transport scolaire ou le transport de marchandises local, comme pour des applications minières et industrielles spécialisées.

  • Chargeur électrique autonome mobile à haute puissance

    Ce projet a pour but la création d’un prototype de chargeur haute puissance mobile autonome, qui permettra une charge complète ou partielle d’un véhicule lourd, avec une consommation d’énergie la plus faible possible. Ainsi, cette station de recharge permettra la démonstration et le déploiement des autobus électriques pour lesquels elle a été conçue. Elle servira également à faire la démonstration d’un nouveau protocole de recharge à très haute puissance.

  • Développement d’un prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques industriels

    Le projet vise à développer en laboratoire un prototype de prolongateur d’autonomie pour expérimenter la faisabilité et la viabilité d’un tel système pour un véhicule industriel électrique. En particulier, il s’agit de développer la logique de contrôle nécessaire pour arrimer les différents éléments du système, soit : la gestion des différents modes de recharge, la gestion du démarrage du moteur à combustion dans différentes conditions climatiques, la gestion de la commande du régime du moteur à combustion, la gestion des différents modes de fonctionnement, la gestion de l’état de charge de la batterie et du niveau de recharge nécessaire selon le type d’accumulateur installé (batterie acide-plomb ou lithium-ion) et la gestion de la communication et de l’ordonnancement entre les différentes composantes. La conception se fera à partir d’un modèle 1D réalisé avec le logiciel AMESim et sera ensuite validée en laboratoire. Le développement du prolongateur d’autonomie est un projet en partenariat entre Motrec International et Hydraulique EP, en collaboration avec le consortium INNO-VÉ et l’ITAQ (IVI), et la participation financière du CRSNG. Hydraulique EP souhaite s’impliquer dans le contrôle de véhicules hors-route hybrides alors que Motrec souhaite développer un prolongateur d’autonomie et l’offrir en option sur ses véhicules électriques pour remplacer ses véhicules thermiques et ainsi simplifier cette ligne d’assemblage. Le véhicules hors-route hybride est un segment de marché de plus en plus intéressant pour Hydraulique EP qui se spécialise dans le domaine hydraulique mais diversifie de plus en plus ses activités, notamment en développant un département de programmation et d’intégration. L’hybridation des véhicules permet de réduire considérablement la consommation et les émissions polluantes sans pour autant diminuer l’autonomie. En contrepartie, l’architecture de ce type de véhicule est beaucoup plus compliquée qu’un véhicule conventionnel et mérite d’être étudiée en détail avant la mise en marché.

  • Nouveau concept de tracteur agricole à motorisation hybride rechargeable (TAMHR)

    Le secteur agricole fait face à plusieurs défis de productivité importants qui nécessitent une remise en question des méthodes traditionnelles de travail. La voie proposée pour répondre à ce besoin d’amélioration de productivité consiste à innover et à utiliser, pour certaines tâches, des véhicules plus petits et légers, hybrides ou électriques, et ayant un niveau d’automatisation suffisant pour réduire le besoin de main d’œuvre. Une analyse des tendances mondiales démontre à quel point le marché du véhicule agricole est en pleine mutation, principalement dans l’automatisation des tâches au champ. En effet, une étude du Wintergreen Research1 sur le marché et les prévisions mondiales 2014-2020 vient prédire que la taille du marché des robots agricoles passera de 817 millions de dollars en 2014 à 16,3 milliards de dollars d’ici 2020. Voyant cette évolution rapide du marché, l’IVI a donc effectué une veille technologique sur les projets de tracteurs agricoles innovants pour constater que l’industrie s’investit largement dans la création de systèmes de navigation autonome, mais aussi dans le développement de nouvelles architectures véhiculaires à motorisation hybride électrique rechargeable. Dans le présent projet, nos partenaires, Elmec et Lamtrac Global collaboreront avec l’IVI dans le développement d’un nouveau concept de tracteur agricole à motorisation hybride rechargeable (TAMHR) sans cabine, drive-by-wire, visant à remplacer les systèmes hydrauliques par des systèmes entièrement électriques. Ce nouveau tracteur innovant aura pour vocation de réaliser des tâches agricoles répétitives et difficiles identifiées par les agriculteurs, telles que le désherbage mécanique, l’identification et la caractérisation des sols et des plants.

  • Développement d’une machine de traction intégrée intelligente et universelle pour vélo

    De nombreuses compagnies fabriquent des vélos électriques dans le monde, mais très peu offrent une roue électrique et connectée adaptée à plusieurs types de vélos. Le présent projet consiste à développer une technologie innovante qui va répondre à un besoin du marché de la location de vélos électriques. Étant donné que ce marché est en pleine croissance et que le cycliste devient de plus en plus avide de technologie et de performances, notre objectif est de développer un produit intégré, très innovateur, intuitif et sécuritaire. Le présent travail de recherche et développement effectué par l’IVI et l’université Mc Gill en partenariat avec Instadesign et Ferndale sera basé sur la conception et le développement d’un système intégré de moteur-roue. Ce moteur est novateur puisqu’il aura sa batterie intégrée et aucune connexion filaire externe. L’objectif est qu’il puisse s’adapter sur n’importe quel type de vélos disponibles et se transformer rapidement en vélo à assistance électrique. Ainsi on pourra offrir et recharger des vélos de routes, hybrides, « fat bikes » ce qui est innovateur et unique en termes d’offres. Les résultats attendus dans ce projet sont d’obtenir une preuve de concept qui sera validée en laboratoire. Les marchés visés sont ceux de la location récréative comme les hôtels, les complexes hôteliers, les parcs ainsi que le vélo partage. Mots-clés : Roue électrique, libre-service, vélo à assistance électrique, moteur-roue

  • Nouveau concept de midibus électrique en aluminium modulaire et à accès facile

    Les compagnies de transport urbaines au Québec et ailleurs dans le monde affichent une tendance à vouloir offrir un service plus personnalisé, flexible et moins polluant. Pour cela, elles ont notamment besoin d’autobus plus petits, à propulsion électrique, étant en mesure d’offrir un service régulier de faible densité, en période hors pointe, à capacité ciblée, pour un rabattement plus rapide aux gares intermodales et accessible aux personnes à mobilité réduite. Le présent projet vise le développement d’une nouvelle plateforme d’autobus à fort contenu québécois, de taille moyenne, 100% électrique, conçu en aluminium et qui aura la particularité d’offrir une plus grande accessibilité aux personnes en chaise roulante. Letenda vise le marché du transport collectif, du transport adapté ainsi que des navettes privées. En offrant un produit sans compromis qui répond exactement à la demande actuelle, Letenda souhaite rapidement se démarquer de la compétition. Le concept vise intégrer les fonctionnalités pour la conduite autonome et semi-autonome, une autonomie de 300 km entre chaque recharge, un plancher bas à 100%, 22 sièges assis, 25 debout et 4 espaces à mobilité réduite. Son système de recharge visé est la recharge de niveau 2, donc le véhicule sera rechargé la nuit. Le design sera pensé et conçu pour l’industrialisation, en visant un temps de développement réduit, un faible coût de production et d’outillages et une utilisation de matériaux structuraux standards. Les résultats attendus dans ce projet sont d’obtenir un prototype fonctionnel sur un petit circuit dédié afin d’en valider sa faisabilité et performances. Cette étape de recherche et développement est cruciale puisqu’elle permettra à Letenda de faire connaitre son produit et d’intéresser investisseurs privés et acheteurs potentiels pour viser l’étape subséquente du développement d’un véhicule de démonstration. Mots-clés : Conception, châssis, aluminium, autobus, propulsion électrique, microbus, manœuvrabilité

  • Développement de matériaux et procédés de fabrication avancés pour la production de carrosseries automobile et moteurs électriques plus légers

    Le but du projet ci-décrit est d’investiguer les capabilités innovatrices « near-net and net shape casting» de la technique « Horizontal Single Belt Casting (HSBC) ». On vise trois objectifs spécifiques de grand intérêt pour le Québec et en particulier pour l’industrie automobile, spécifiquement, la production de : – feuilles très minces (150 µm) qui serviraient comme matériau de départ pour les composites magnétiques lamellaires doux extrêmement utiles pour l’armature des moteurs électriques dans les véhicules. – feuilles minces (~1-2mm) en alliage d’aluminium pour la carrosserie automobile dans le but de réduction de poids. – tôles (~1-5mm) en acier de grande résistance et grande ductilité pour pièces d’auto afin d’augmenter la résistance aux impacts et d’alléger le poids des véhicules. La réalisation de ces objectifs va démontrer de façon résolue que le processus de « Horizontal Single Belt Casting (HSBC) » est idéal et le seul processus raisonnable de «Near Net Shape Casting » capable de produire des feuilles d’acier et d’aluminium minces et extra-minces. L’investissement et les couts opérationnels du « near net shape casting » et en particulier du « Horizontal Single Belt Casting (HSBC) » pour des rubans métalliques minces sont environ le sixième des couts des opérations de « slab casting, rolling and heat treatment » conventionnelles. Concurremment, le « NNSC » des rubans minces pour la carrosserie automobile représente un processus peu polluant qui produit cinq fois moins de gaz à effet de serre. De plus, la recherche innovatrice dans la promotion des voitures électriques au Québec représente une partie intégrante du projet présent.

  • Thermoformage haute vitesse de l’alliage AA5083 pour l’industrie automobile

    Au cours des 30 dernières années, la production de structures légères a été l’une des priorités les plus importantes pour l’industrie automobile. Au cours des dernières années, beaucoup d’attention a été accordée aux alliages d’aluminium comme une alternative à l’acier en particulier pour carrosserie. Présentement, les principaux composants en tôle de carrosserie de véhicules sont produites par le processus d’estampage à froid. Cependant, les feuille en alliage d’aluminium présentent une faible formabilité et un sévère phénomène de retour élastique lors de l’emboutissage à froid, donc de nouvelles technologies telles que la formation de formage superplastique (SPF) ont été mis en place et utilisé par l’industrie. Cependant, le cycle de production à faible vitesse inhérente à SPF, limite son application pour la production de masse de composants automobiles. Par conséquent, les nouvelles technologies avec des vitesses de production plus élevées doivent être développées. L’une des technologies les plus récentes est le thermoformage à haute vitesse (HSTF). Le taux de production par HSTF est estimé à un ordre de grandeur plus élevé que la méthode SPF. Dans ce contexte, Verbom Inc., l’un des leaders dans la production de pièces en aluminium SPF pour l’industrie du transport au Canada, a l’intention d’intégrer la technologie de HSTF dans sa ligne de production. Toutefois , pour atteindre cet objectif , une étude plus approfondie du processus est nécessaire pour déterminer les influences de l’évolution de la température au cours du procédé HSTF, le comportement des matériaux (des équations constitutives) , les conditions de frottement à l’interface métal – matrice, les caractéristiques du gaz de formage, etc. avant une application industrielle à grande échelle de cette nouvelle technologie. Le présent projet a été défini dans ce contexte et son objectif est de développer une compréhension plus fondamentale des effets des variables mentionnées ci-dessus. Le projet se déroulera sur plus de trois ans et impliquera un post-doctorat, un doctorat et un étudiant à la maîtrise.

Production d'énergie électrique

  • Conception et validation d’un système de « batterie hybride »

    Les chercheurs de l’IVI, en collaboration avec l’IREQ, ont développé un prototype de petite dimension visant à combiner une batterie de puissance et une batterie d’énergie visant à diminuer l’amplitude des appels de courant sur la batterie d’énergie afin d’améliorer sa durée de vie. Le projet a permis d’obtenir des résultats intéressants qui seront appliqués à un nouvel assemblage de taille réelle possédant des performances plus près de celles qu’on pourrait retrouver dans un véhicule passager tout électrique présentement sur le marché. Une grande partie des efforts sera consacrée à la conception et la validation d’algorithmes de contrôles qui permettraient de tirer le meilleur l’architecture de batterie « hybride ». Ces algorithmes concerneront autant la gestion de la charge que l’utilisation de la batterie pour l’alimentation d’une machine électrique ou encore la gestion thermique de l’assemblage. Bien que l’architecture étudiée soit de type batterie Li-Ion de puissance et batterie Li-Ion d’énergie, les algorithmes développés devraient pouvoir être appliqués à n’importe quel type de système « hybride » où un des assemblages possède une forte densité énergétique (batterie Li-Ion) et l’autre une forte densité de puissance (supercapacité, roue d’inertie, batterie de puissance). Le prototype sera testé et validé au laboratoire de l’IVI à l’aide d’un système de traitement de puissance DC et d’une chambre climatique.

  • Investigation de la dynamique couplée fluide-structure lors de régime transitoire de turbines Francis- Tr-FRANCIS

    L’hydro-électricité représente 60% de la production électrique canadienne. Depuis environ 20 ans, le mode d’opération des turbines hydrauliques a évolué pour permettre de prendre en compte l’ouverture des marchés et l’introduction sur les réseaux de sources d’énergies intermittentes. Les turbines hydrauliques sont soumises à plus de démarrages et passent plus de temps dans des régimes sans charge pour fournir de la réserve tournante. Ces changements ont amplifiés les problèmes de vieillissement structuraux se traduisant par une augmentation des problèmes de fissuration sur les aubes des roues engendrant ainsi des pertes de production et une augmentation des coûts d’entretien. Le Laboratoire de Machines Hydrauliques de l’Université Laval (LAMH) ainsi que les membres du Consortium en Machines Hydrauliques (ANDRITZ HYDRO Canada, GE Renewable Energy, VOITH Hydro, EDF et Hydro-Québec) ont décidé d’entreprendre le projet Tr-FRANCIS dont l’objectif est d’étudier les interactions fluide-structure lors des démarrages ou de l’opération en régime sans charge d’une turbine Francis. Ce projet pré-compétitif devrait permettre aux partenaires industriels d’optimiser la conception et l’opération des turbines Francis pour en accroître la flexibilité d’exploitation sans pénaliser leur durée de vie. Au travers d’une collaboration entre des chercheurs en hydrodynamique et en dynamique des structures, les objectifs spécifiques de Tr-FRANCIS sont: – Fournir un cas test conçu pour le développement de méthodes numériques et expérimentales pertinentes pour l’étude des interactions fluide-structures dans les turbines Francis ; – Développer les connaissances des participants et de la communauté sur les interactions fluide-structures lors des démarrages et de l’opération dans des régimes sans charge. Les recherches sont centrées autour d’une turbine Francis modèle représentant une turbine de 140 MW opérée par Hydro-Québec. Le projet est conçu pour fournir des données sur modèle réduit transposables à la machine réelle, autant pour la partie fluide que structure.

  • Analyse et optimisation de la production d’énergie d’une éolienne Savonius à flux concentré

    Les systèmes de production d’énergie renouvelable distribuée à petite échelle telles que les éoliennes montées sur bâtiments sont susceptibles de jouer un rôle important dans la production d’électricité. L’énergie solaire fait déjà partie de cette révolution mais nécessite une vaste surface. Les éoliennes sont complémentaires au solaire et permettent la production d’électricité plus efficace dans les endroits venteux. Néanmoins, les petites éoliennes ont une mauvaise réputation à cause de placement inadéquat dans les zones où il n’y a pas de vent ou sur les toits pour lequel elles n’étaient pas conçues. Dans ce projet, une éolienne, enfermée dans un diffuseur, spécialement conçu pour le toit d’un immeuble, est améliorée. Actuellement, cette turbine a une bonne efficacité d’extraction d’énergie mais sa plage d’application est étroite puisque seulement un nombre réduit de paramètres ont été étudiés. Dans ce projet de recherche, deux tâches seront abordées. Dans la première tâche, l’apport du diffuseur est analysé et optimisé en ce qui concerne les différentes directions de vent et de la fermeture des vannes d’entrées. La géométrie de la pale de turbine est un paramètre clé de toute éolienne. Dans la seconde tâche, une démarche d’optimisation se développera pour évaluer différentes géométries de pales et identifier les caractéristiques des pales qui mèneront à l’extraction plus élevée d’énergie.

Transport, distribution, stockage et utilisation optimisée de l’énergie électrique

  • Navigateur de précision pour la simulation des transitoires dans les réseaux électriques avec énergies renouvelables

    Existing power systems are undergoing a revolutionary transformation due to high level of installation of renewable energy resources. The ultimate goal of this transformation is to reinforce the energy security and sustainability for the future. This transformation, however, brings computational complexities for the power system operators. Therefore, the development of accurate and flexible simulation tools with very high computational performance is indispensable. An industry chair to deal with simulation of transients for large scale power systems has been granted to Polytechnique Montreal. The Canadian industrial partners in the chair are Hydro-Quebec and Opal-RT and the two European partners are Électricité de France (EDF) and Réseau de Transport d’électricité in France (RTE). The chair proposes cutting-edge adaptive solution techniques for multi time-frame simulations. However, further extensive researches are required for development of a concrete and comprehensive simulation tool which will address a broad scope of modern power system requirements, in particular, accuracy, flexibility and computational performance. The proposed tool must provide a mechanism to automatically adjust model complexity, solution domain, and numerical integration time-step to acquire the desired level of accuracy for the studied phenomenon depending on its frequency content. This feature is referred to as ‘Precision Navigator’ capability. To this end, we propose the following tasks: ‘ Combining the classic numerical integration approach used in the electromagnetic transient (EMT)-type solver, with phasor domain solution and frequency dependent network equivalences. ‘ Interfacing EMT-type solvers with dynamic phasor solvers. ‘ Concatenation of solutions to switch from time-domain to phasor-domain. ‘ Use of integration techniques with variable time-steps. Keywords: Power system, Electromagnetic transient, time-domain, dynamic phasor, Precision navigator, Co-simulation, frequency dependent network equivalence (FDNE), integration technique

  • Méthodes d’analyse avancées pour la conception des structures de lignes de transport d’énergie

    Érigées il y a plus de 60 ans, les premières lignes des réseaux électriques canadiens arrivent à leur limite de vie utile alors que la demande en électricité ne cesse d’augmenter. Pour faire face aux nombreux défis relatifs à la gestion des réseaux de lignes de transport d’énergie dans les prochaines décennies, le domaine de l’ingénierie des structures de lignes doit mettre en place de nombreuses solutions innovatrices. Ce partenariat de recherche vise d’une part à développer des méthodes d’analyses avancées appliquées au domaine des structures de lignes aériennes de transport d’électricité et d’autre part à faire évoluer les méthodes de conception présentement utilisées dans ce domaine. Le programme de recherche proposé comprend dix projets complémentaires qui permettront d’étudier diverses problématiques vécues par les concepteurs de lignes. Ces projets sont divisés selon trois axes de recherche. Le premier axe concerne l’analyse structurale et à la conception des supports de lignes en faisant appel à des méthodes avancées de simulations numériques, d’essais expérimentaux et de simulations hybrides (numérique + expérimental). L’étude de l’allongement à long terme (fluage) et de la durée de vie des câbles conducteurs fait l’objet du deuxième axe de recherche. Finalement, la réponse des lignes lorsque soumises à des charges de vent est étudiée dans le troisième axe. Ces travaux permettront d’identifier des solutions innovatrices pour optimiser à la fois la conception de nouvelles lignes et les interventions sur les lignes existantes.

  • Développement de procédures pour l’amélioration des performances des transformateurs de puissance

    Hydro-Québec produit, transporte et distribue de l’électricité depuis plus d’un demi-siècle. Avec une puissance installée totale de 36643 MW (en 2014), elle assure un approvisionnement en électricité propre, renouvelable et fiable à tout le Québec. Elle vend aussi sur de gros marchés du nord-est du continent. La fiabilité de ses installations électriques contribue directement à la vitalité économique et à la qualité de vie des citoyens. La dégradation graduelle de cette infrastructure, construite durant les années 60 et 70, ainsi que la demande en électricité n’a cessé de croître au cours de ces dernières années, augmentent de jour en jour le risque de voir les plus vieux équipements tomber définitivement en panne et entraîner d’importantes coupures d’électricité. Ce qui soulève des inquiétudes tant au niveau de l’approvisionnement énergétique, de la sûreté du public, de l’environnement qu’au niveau des investissements. Dans ce projet collaboration, nous prévoyons aider Hydro-Québec à identifier des liquides biodégradables, tout en contribuant au développement de nouveaux outils intelligents permettant d’améliorer le diagnostic, la surveillance et la fiabilité des transformateurs de puissance. Ces équipements qui constituent le « cœur » des réseaux d’énergie électrique représentent des investissements colossaux. L’application de la recherche proposée offrira non seulement des avantages économiques importants à Hydro Québec, mais a également comme conséquence l’amélioration de la fiabilité des transformateurs et une réponse durable aux besoins en électricité des utilisateurs. Les experts en ce domaine se faisant rares, la formation d’étudiants et de chercheurs canadiens, sera un autre atout significatif du projet proposé. Mots-clés : Transformateurs, changeurs de prises en charge, outils de diagnostic, surveillance en ligne, applications intelligentes, liquides biodégradables.

  • Infrastructure intégrée pour les ressources renouvelables distribuées et le transport électrique

    Ce projet vise à intégrer sur une même plateforme les technologies requises pour l’électrification des transports et le déploiement de la production d’énergie renouvelable et le stockage décentralisés. Au cœur de l’infrastructure proposée, se trouvent l’optimisation conjointe des moyens de production et de conversion d’énergie renouvelable, et l’intégration du stockage et de la modulation de la demande des clients, particulièrement celle des véhicules électriques. Les éléments visant une application industrielle directe sont les interfaces de raccordement au réseau basées sur l’électronique de puissance, conçues et optimisées pour la production décentralisée et la recharge rapide des véhicules électriques. De plus les algorithmes de gestion intégrée et d’optimisation de la production d’énergie électrique durable et de la demande contribueront à augmenter la fiabilité, la flexibilité, la résilience et l’efficacité du réseau de distribution. Les applications proposées permettront au Québec de faciliter la diversification des sources d’énergie électrique et la gestion de leur production et de leur intégration au réseau. Cette intégration appuiera aussi un déploiement optimisé des chargeurs rapides requis pour l’électrification du transport routier.

  • Développement d’algorithmes d’optimisation de boîtes-noires pour des applications en énergie électrique

    Ce projet est en collaboration avec les entreprises Rio Tinto (RT) et Hydro-Québec (HQ). Le premier, leader mondial de la production d’aluminium, produit 90% de l’énergie nécessaire à sa production via six centrales hydroélectriques. Le second assure la production de 98% de l’électricité de la province de par son vaste réseau hydroélectrique. Ces deux entreprises font face à de nombreux problèmes d’optimisation. Certains d’entre eux ne peuvent pas être abordés par les algorithmes et méthodologies de recherche opérationnelle existants. L’objectif principal de ce projet est de développer de nouvelles approches algorithmiques ciblant certaines spécificités identifiées dans les problèmes d’optimisation industriels. Ces approches seront développées à l’École Polytechnique de Montréal (ÉPM) par trois étudiants et deux associés de recherche, encadrés par deux professeurs qui, par le passé, ont démontré leur capacité à former plusieurs étudiants aux cycles supérieurs, et ont publié de nombreux articles dans les meilleures revues d’optimisation et dans un vaste éventail de revues d’ingénierie. Les approches développées dans le cadre de ce projet seront ensuite intégrées au logiciel NOMAD, une implémentation de l’algorithme MADS pour l’optimisation de boîtes-noires. Les nouveaux algorithmes pourront ensuite être testés sur les applications des partenaires industriels en collaboration avec les chercheurs impliqués. Les progrès algorithmiques seront publiés dans des revues scientifiques, et seuls les résultats numériques approuvés par les partenaires industriels RT et HQ seront diffusés à la communauté scientifique. Les étudiants impliqués participeront à toutes les étapes du projet et en particulier les échanges avec les industriels.

  • Conception et optimisation d’un système de contrôle de mini-centrales hybrides avec des énergies renouvelables pour sites isolés et conditions climatiques extrêmes

    La technologie innovante de ce projet de R&D s’applique à la gestion des micro-réseaux, installations autonomes de production électrique et a comme objectif d’augmenter le pourcentage d’utilisation des énergies renouvelables. Les inconvénients majeurs des énergies renouvelables, surtout éolienne et solaire, sont la variabilité et l’intermittence qui imposent l’ajout de systèmes de stockage et régulation [1]. Ce sont les raisons, avec le manque de fiabilité, pour lesquelles les génératrices diesel sont utilisées dans la quasi-totalité des sites isolés, particulièrement en climat nordique. Pour ces applications, il y a aussi une grande variation des charges en fonction des saisons (chauffage et/ou climatisation) ou du moment de la journée (périodes de pointe le matin et le soir). L’augmentation du niveau de pénétration des énergies renouvelables dans ces réseaux isolés requière ainsi des systèmes de contrôle qui permettent : la gestion de plusieurs sources d’énergie et de systèmes de stockage, le fonctionnement indépendant de plusieurs cellules de production pour améliorer la fiabilité, une gestion intelligente des charges par l’implantation d’algorithmes spécifiques aux réseaux intelligents (smart-grid), l’optimisation de la conversion et du stockage de pénétration entre les différentes ressources disponibles, le suivi à distance des performances et le diagnostic pour minimiser les coûts des interventions de dépannage. Dans les sites isolés, les contraintes associées aux coûts de transport et à la disponibilité de main d’œuvre spécialisé imposent l’utilisation d’unités multiples, facilement transportables, robustes et présentant une fiabilité maximale [2]. Nous proposons donc de développer un système de pilotage permettant de réaliser le couplage d’une multitude de sources, le suivi des performances et l’optimisation comme solution aux problèmes identifiés. Le développement se fait en partenariat avec l’ITMI (Institut de Technologie en Maintenance Industrielle).

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