Réseau sans-fil pour une gestion fiable de la batterie du véhicule électrique

Autor: Le Gall, Guillaume
Přispěvatelé: Objets communicants pour l'Internet du futur (OCIF), IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-RÉSEAUX, TÉLÉCOMMUNICATION ET SERVICES (IRISA-D2), Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Département Systèmes Réseaux, Cybersécurité et Droit du numérique (IMT Atlantique - SRCD), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique, Nicolas Montavont
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique, 2021. English. ⟨NNT : 2021IMTA0258⟩
Popis: The traction battery of an electric vehicle is a key component. It is also a sensitive system for which the voltage and temperature of the cells it is made of must be kept in a given working range. This is the role of the Battery Management System (BMS). The BMS is made of subsystems, called Cells Sensor Units (CSU), which supervise the cells and report their state to a central component named Master Control Unit (MCU). Moreover, they are in charge of performing battery cells balancing, as cells do not have exactly equal capacity, and imbalance between them may appear with usage over time, when they are wired in series. In current BMS implementations, this periodic communication is performed through wires. In this work, we have studied the possibility to replace this wired communication with a wireless medium, by using standardized protocol stack of the Internet of Things (IoT).After evaluating different communication protocols, we have chosen to base our work on IEEE Std. 802.15.4-2015 Time Slotted Channel Hopping (TSCH). We first have tested this protocol within an battery pack environment, through experimentation, using actual wireless capable nodes. Thus, we were able to determine that the radio links quality is high, that the car's engine electromagnetic emissions should not interfere with the wireless communication, and that most of the problems would come from other users of the 2.4GHz band, and Wi-Fi in particular. We then have sought to determine what the most adapted topology and scheduling management strategies for such a scenario are. To this end, we have proposed two algorithms for centralized network management, based on the Linear Programming and Simple Descent techniques, in order to optimize the topology and slotframe. Considering that many parameters are involved in this optimization work, we have therefore evaluated our algorithms under various setups, and used the results to determine what the best values for these algorithms parameters are. Moreover, we have proposed a routing protocol, which makes use of these algorithms in an iterative way to compute the best possible topology and slotframe, and which allows to propagate the decisions of the centralized network manager to the nodes. This protocol, heavily inspired by the Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks (RPL), relies on periodic messages and asynchronous events to keep the wireless nodes up-to-date with the latest network manager decision. Finally, we have tested this solution with a network of objects in a vehicular environment.; La batterie de traction du véhicule électrique est un composant clé. C’est aussi un système sensible dont la tension et la température des cellules qui le composent doivent être maintenues dans des plages de fonctionnement bien définies. Garantir cela est le rôle du Battery Management System (BMS). Le BMS est composé de sous-systèmes, appelés Cells Sensor Units (CSU), qui supervisent les cellules et rapportent leur état à un composant central, le Master Control Unit (MCU). Ils ont aussi pour tâche d’effectuer l’équilibrage des cellules, comme celles-ci n’ont pas exactement la même capacité, et du déséquilibre peut apparaître entre-elles au fur et à mesure de leur utilisation, quand elles sont câblées en série. Dans les implémentations de BMS actuelles, cette communication périodique est effectuée de manière filaire. Dans ce travail nous avons étudié la possibilité de remplacer ce réseau de communication par un réseau sans-fil, en utilisant les protocoles standardisés de l’Internet des Objets.Nous avons évalué les divers protocoles de communication disponibles, et avons choisi de baser nos travaux sur IEEE Std. 802.15.4-2015 Time Slotted Channel Hopping (TSCH). Tout d’abord, nous avons testé ce protocole à l’intérieur d’un pack batterie, au travers d’expériences, grâce à des nœuds sans-fil qui l’utilisent. Avec ceci, nous avons été capables de déterminer que la qualité des liens est élevée, que les émissions d’ondes électromagnétiques venant du moteur ne devraient pas impacter le réseau sans-fil, et que la plupart des problèmes qui peuvent surgir viennent des autres utilisateurs de la bande 2,4GHz, et du Wi-Fi en particulier. Nous avons ensuite cherché à déterminer quelles sont les stratégies de gestion de la topologie et d’ordonnancement des transmission qui sont les plus adaptées à un tel scénario. Nous avons proposé deux algorithmes pour une gestion centralisée du réseau, basés sur les techniques de Programmation Linéaire et Simple Descente, afin d’optimiser la topologie et la slotframe. De nombreux paramètres sont utilisés dans ce travail d’optimisation, alors nous avons testé nos algorithmes dans un grand nombre de scénarios, et utilisé les résultats pour déterminer quelles seraient les meilleurs valeurs pour ces paramètres. Aussi, nous avons proposé un protocole de routage, utilisant ces algorithmes de manière itérative, pour générer la meilleure topologie et slotframe possible, et qui permet de propager les décisions du gestionnaire de réseau centralisé aux nœuds. Ce protocole, largement inspiré de Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks (RPL), se base sur des messages périodiques et des événements asynchrones pour garder l’information détenue par les nœuds à jour, sur la base des décisions du gestionnaire de réseau. Enfin, nous avons testé cette solution avec un réseau d’objets dans un environnement véhiculaire.
Databáze: OpenAIRE
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