De nos jours, les batteries lithium-ion sont les plus utilisées pour alimenter les appareils électroniques et les véhicules électriques. Les accumulateurs électrochimiques basés sur le lithium ont une meilleure densité d'énergie et une plus grande fiabilité que toutes les autres méthodes d'accumulation d'énergie. Les batteries au lithium utilisées dans les applications de haute puissance et énergie sont généralement constitué d'un grand nombre de cellules, ce qui amène de nouveaux défis. Une méthodologie de dimensionnement facile et rapide a été identifiée comme un besoin à combler dans l'état de l'art. Ce travail vise à développer un tel outil permettant d'identifier rapidement les arrangements séries-parallèle respectant les objectifs de conception que sont le volume, le poids, l'énergie, le coût et la durée de vie, pour définir un espace de recherche. Ceci a pour but d'accélérer le processus de conception et assurant une meilleure prise de décision dès le début d'un projet. Une des nouveautés de ce travail est l'introduction de la représentation des performances système en cartes iso-performance, permettant une évaluation rapide et intuitive des tendances et de l'impact des compromis d'ingénierie. Le modèle sur lequel la méthodologie s'appuie assume le comportement statique en régime permanent pour estimer la puissance, le courant et la température d'opération et établir la durée de vie projetée d'un produit. En plus de la méthode de dimensionnement, un modèle transitoire électrothermique (MET) semi-empirique a été élaboré dans le formalisme de modélisation de la Représentation Énergétique Macroscopique (REM) sous MATLAB/Simulink\textregistered, contribuant à l'art de ce domaine. Celui-ci a été utilisé pour simuler le comportement du système d'accumulation d'énergie. Ce document vise à faire le pont entre tous les aspects principaux à considérer dans la conception d'une batterie, en présentant une nouvelle palette d'outils pouvant être utilisés par les ingénieurs de système. La flexibilité de l'application des outils à divers types de projets a été démontrée par l'application de la méthode à trois cas d'étude: une voiture urbaine électrique, un camion de livraison léger et un système stationnaire. / Abstract : Nowadays lithium-ion batteries have become the most popular technology to power portable electronic devices and battery powered electric vehicles. Lithium based electrochemical energy storage systems have far greater energy density and reliability than any other energy storage systems. Scaling up lithium-ion from small single cell batteries to large multi-cell systems comes with many new challenges. The need for a straightforward and easy-to-follow battery sizing methodology was identified as an area of improvement to the art. This work aims to provide such a tool to identify electrical arrangements that respect all design objectives, such as volume, mass, energy, cost and lifetime, to define a constraint bounded searchspace, speeding the process and ensuring a good decision right from the begining of a project. The novelty of this work is to present system level performances using iso-performance plots, allowing for quick and intuitive asssesment of design compromises and tendencies. The underlying model assumes steady-state operation of the system, to estimate temperature and lifetime prognosis. In addition to the battery sizing method, a transient semi-empirical electro-thermal battery model was constructed to run within MATLAB/Simulink® into the Energetic Macroscopic Representation (EMR) modeling formalism framework, bringing new art to the field. With it energy storage system performances were validated by simulation. This document aims to bridge the gap between most of the aspects of battery design, presenting a new set of tools to be used by system engineers. Three different design scenarios have been studied : an Urban electric car, a light duty delivery truck and a stationary system; to show how the tools can be used to any type of battery design project.

La multiplication des véhicules électriques au détriment de ceux à moteur à combustion interne contribue grandement à la sauvegarde de notre milieu de vie. Une conception intelligente peut pallier certains de leurs défauts actuels comme l’autonomie. Les travaux de cette maîtrise portent sur l’optimisation de la motorisation, de la chaîne de transmission et de la batterie de tels véhicules. Dans un premier temps, plusieurs simulateurs de déplacement longitudinal de véhicules électriques ont été développés sous Simulink© en utilisant l’approche dynamique et quasi-statique. Ensuite, des scripts d’explorations systématiques, codés sous Matlab© permettent d’observer l’influence de plusieurs paramètres sur trois objectifs. Le premier est la mesure du temps d’accélération, le second la vitesse maximale et le dernier l’autonomie. Un cas particulier est également traité afin d’illustrer l’efficacité de ces outils lors de la conception de véhicules électriques.

Avec l’arrivée en masse des véhicules à traction électrique, la puissance sollicitée à des blocs de cellules chimiques ne cesse d’augmenter. Les nouvelles technologies développées pour répondre à la demande exposent un nouveau problème jamais observé sur les assemblages multi-cellules : la disparité des paramètres internes. Une étude a démontré que ces faibles variations de capacité ou de résistance interne causeront une dégradation prématurée si elles ne sont pas prises en comptes. La littérature sur le sujet comprend plusieurs travaux qui tentent de palier à ce problème cependant très peu d’information n’est disponible pour quantifier ces divergences de paramètres internes. Ceux qui proposent des solutions viables le font généralement dans un contexte non transférable aux véhicules électriques ou hybrides. Ce document présente une étude complète de l’état de l’art sur l’utilisation et la gestion des batteries au lithium-ion ainsi que l’analyse d’un nouvel outil de mesure pour système de gestion de batteries permettant de mesurer et d’utiliser ces dispersions de paramètres internes des cellules. L’algorithme de mesure sera basé sur un système de classement des données recueillies novateur permettant de répertorié les données selon les conditions de conduites vécues lors de la mesure plutôt qu’en fonction du temps. La conception d’un système de gestion de batteries capable de mettre en œuvre cet outil de mesure dans un contexte de véhicule électrique ainsi que l’élaboration de partons de charge/décharge des cellules, afin de les plonger dans des conditions similaires à celles vécues par un bloc batterie de véhicule électrique, seront aussi exposées. La distribution des résistances internes des 16 cellules étudiées et une discussion de ces résultats complètera ce document.

La charge des batteries est un point important pour le développement du véhicule électrique. Actuellement, plusieurs systèmes sont mis en place (chargeurs embarqués, bornes de recharge, coupleurs inductifs) et permettent de répondre à l'attente des usagers. Des dispositifs de faible puissance (3 kW) assurent une recharge (dite "lente") complète des batteries durant les heures creuses (5 à 8 heures). Des systèmes plus puissants (supérieur à 10 kW) permettent une charge dite "rapide" (20 à 30 min) et partielle (70 à 80 %). Les chargeurs "lents" imposent une masse supplémentaire et un surcoût au véhicule. Les dispositifs "rapides" quant à eux sont complexes et très onéreux, ce qui limitera leur nombre et donc leur intérêt qui est d' assurer le rôle de stations-service. L'idée de réutiliser les éléments déjà existants dans le véhicule (convertisseur et moteur) pour concevoir une structure de charge est alors apparue comme une voie prometteuse. Le chargeur "intégré" est né, sa conception est conditionnée par la chaîne de traction implantée dans le véhicule. Notre étude porte sur la mise en oeuvre de dispositifs de charge conçus pour être implantées sur des véhicules à traction alternative (onduleur + moteur alternatif). L'utilisation du réseau monophasé a permis de mettre en oeuvre une structure assurant la charge de type "lente". Elle permet grâce à un montage à deux étages de répondre à la norme réseau basse fréquence (EN NF 61 000-3-2) et d'ofrir une large gamme de tension. L'utilisation des enroulements moteur comme inductances à été analysée. Le convertisseur connecté sur le réseau triphasé assure la charge "rapide" grâce à un montage monoétage. La mise en oeuvre du modèle moyen généralisé a permis de modéliser et commander l'ensemble des structures étudiées. En particulier une commande à été élaborée pour le chargeur triphasé afn d'adapter la tension de sortie du redresseur à celle des batteries en agissant sur le courant réactif absorbé.

En propulsion électrique, le freinage régénératif consiste à récupérer l’énergie cinétique du véhicule en freinant la roue propulsée avec la motorisation électrique. Afin d'optimiser la quantité d'énergie récupérée à partir du freinage électrique, la plupart des études antérieures proposent des stratégies qui consistent à définir le couple de freinage en fonction de la vitesse du véhicule. Dans cette étude nous proposons une stratégie originale qui consiste à commander le glissement de la roue freinée en fonction de la vitesse du véhicule. Les deux principales hypothèses qui ont motivé ce travail sont que cette stratégie de récupération, réglée à l’optimum, est moins sensible aux incertitudes et qu’elle permet d’éviter une perte d’adhérence de la roue, étant donné que le glissement est contrôlé. L’objectif ultime est de démontrer expérimentalement qu’il est possible de mettre en œuvre une telle approche sur un véhicule électrique afin d'assurer une récupération optimale de l'énergie tout en assurant la stabilité du véhicule. Le premier volet de cette étude est d’étudier l’avantage de la stratégie de commande du glissement quand elle est globalement optimisée au sens de maximiser la récupération d’énergie en considérant le rendement énergétique de la chaine électrique et des pertes mécaniques. Pour cela, un simulateur basé sur Matlab/Simulink a été développé et validé par des mesures expérimentales. La nouvelle stratégie en glissement est alors comparée en simulation à d’autres stratégies, et sa sensibilité est évaluée par rapport à des incertitudes paramétriques sur l’inclinaison de la route, la masse et les conditions routières. Les simulations numériques, validées par des essais expérimentaux, montrent qu’un freinage régénératif qui commande le glissement est la stratégie la moins sensible aux variations paramétriques. Le deuxième volet de cette étude porte sur la synthèse et la mise en œuvre d’un contrôleur temps-réel, embarqué sur un véhicule électrique à trois roues, afin de procéder à des tests routiers de la stratégie en glissement. Considérant qu'il n'est pas possible de mesurer directement le glissement, il doit être estimé en temps réel à partir des mesures des encodeurs des roues. Pour ce faire, un modèle d’état non-linéaire du comportement du système de propulsion électrique, incluant la dynamique du glissement, a été expérimentalement identifié. Ce modèle original, combiné à un modèle classique de dynamique longitudinale du véhicule, est utilisé pour la synthèse et la comparaison de deux observateurs de Kalman étendu. Finalement, un estimateur d’adhérence, basé sur un algorithme d’identification de type RLS-[lambda], est mis en place pour corriger en-ligne un facteur lié à l’adhérence. Il devient ainsi possible d’estimer avec précision le glissement de la roue motrice, même en présence de variations paramétriques importantes. Un contrôleur non-linéaire temps réel a été développé et implanté dans le but de suivre une consigne de glissement optimal. Considérant la présence d’un retard pur important dans la chaine de contrôle, le contrôleur se décompose en une partie boucle ouverte afin d’atteindre rapidement la consigne de couple et une rétroaction non-linéaire afin de corriger finement la valeur finale. La synthèse des compensateurs (boucle ouverte et rétroaction) se base sur une linéarisation par morceaux du système à contrôler: les paramètres du modèle d’état sont fixés pour une commande de couple de freinage donnée. La structure de contrôle implantée a été réduite afin de minimiser la puissance de calcul requise. La combinaison de l’observateur de glissement avec le contrôleur de glissement a permis de valider expérimentalement la stratégie de freinage par glissement sur un véhicule électrique. Les conditions de la route (niveau d’adhérence) ont été modifiées pour valider la robustesse du contrôleur sur une surface glissante.

Partant de la sociologie d'innovation, des organisations et d'attentes et en se basant sur une démarche empirique d'enquête (plus de 30 entretiens conduits durant 2010-2013 en France), la première partie de cette thèse traite de la variété des acteurs de l'électromobilité et de l'abondance combinatoire des possibilités relationnelles. Elle procède à une analyse historique, théorique et systémique, afin de recenser et établir une typologie des acteurs potentiellement concernés par son développement, d'évaluer leur position stratégique et leur inclinaison envers l'électromobilité, leurs intérêts et facteurs de résistance potentiels. Enfin, le croisement du caractère offensif ou défensif de la stratégie propre à chaque acteur avec le degré variable de maturation de celle-ci a permis de préciser les ressorts de l'adhésion au système d'électromobilité et les conditions d'évolution de celui-ci. La thèse met un accent particulier sur la nécessité de maîtriser la zone d'incertitude la plus majeure du système qui est la recharge. Les ambiguïtés et les difficultés d'installation d'équipements de recharge révèlent une certaine réticence de la société. Combler les lacunes, surtout celles particulières à la recharge privée, mérite une attention collective des constructeurs, opérateurs immobiliers et fournisseurs d'équipements de recharge, ainsi qu'une concentration particulière des efforts publics et ce, à tous les niveaux réglementaire, financier et surtout organisationnel. Cela devrait permettre de raccourcir le décalage qui se manifeste aujourd'hui entre la mise sur le marché des véhicules et la disponibilité des infrastructures de recharge, qui pénalise le démarrage du système en constituant un grand blocage psychologique pour ses usagers potentiels. Dans un deuxième temps, est explorée l'électromobilité dans un cadre systémique éclaircissant les relations d'interdépendance entre mobilité et territoire. En effet, chaque territoire définit son système de mobilité en fonction de ses caractéristiques intrinsèques telles que sa géographie, sa composition démographique et socioéconomique et les autorités territoriales jouent un rôle crucial dans sa mise en œuvre et assurent son bon fonctionnement. Ainsi dans le cadre d'une étude de cas, le diagnostic socio-économique du territoire de Paris-Saclay, suivi par l'analyse de son système de mobilité, permettent de dégager l'avenir possible du territoire en matière de transport, au vu de la dynamique générale créée par le projet de Grand Paris Express. Une fois que l'image future du système de mobilité du territoire est dessinée, la place de l'électromobilité dans ce futur système et le degré de réceptivité du territoire de Paris-Saclay est discutée. L'évaluation du potentiel d'équipement en VE en tant que voiture particulière montre que le territoire de Paris-Saclay constitue un terrain favorable : de par l'adaptation du VE à leur comportement d'auto mobilité et par l'accès à la recharge, 37% des ménages motorisés du territoire sont susceptibles de s'équiper d'un VE (contre 20,5% en IDF). Enfin, la France est le pays où toutes les conditions d'émergence de l'électromobilité se réunissent. Son électricité issue du nucléaire permet d'espérer un bilan carbone très promoteur pour le VE. Les deux constructeurs historiques du pays sont parmi les premiers de l'industrie d'automobile à proposer les modèles électriques de la nouvelle génération. Le déploiement massif des infrastructures de recharge divise. L'éventail des suites à donner est large, allant de l'abandon total de l'électromobilité par peur qu'elle devienne un gouffre financier jusqu'au renforcement des mesures de soutien dans l'espérance de favoriser la dynamique créée. Parmi les options, on soutient une politique de territorialisation du déploiement de l'électromobilité à définir sur la base d'une connaissance approfondie du territoire et de son système de mobilité / Over the past few years, socioeconomic and political developments, environmental and energy concerns, and ongoing technological progress nourish the prospect of substituting conventional gasoline cars with upcoming electric alternatives. A real success of the electric vehicle (EV) has become increasingly conceivable but is still subject to a certain number of conditions. Electromobility differs from the currently prevailing form of automobility mainly due to a larger range of the involved stakeholders, and a stronger dependence on the territory where the system is to evolve. These differences motivate the present doctoral research studying the emergence of electromobility in France from two major points of view: the stakeholders' organization and the territory's adaptation. Adopting a historical and empirical approach, the first part of this thesis discusses the results of over 30 interviews conducted with representatives of potential electromobility stakeholders that are likely to have a major influence on the developing electromobility system in France. It deals with the large variety of potential actors and their possible relationships by following a systematic and sociological approach. The applied methodology allows to detail and characterize the actors and to evaluate their likely strategies as well as their inclinations towards electromobility conveyed by various motives of interests and factors of resistance. Analyzing the probable forms of interdependence between the actors in the electromobility system also helps to highlight the lack of some essential links in the current system of actors. The second part of this thesis explores electromobility in a systematic framework in order to shed light on the interdependence between mobility and its territory. Indeed, each territory is endowed with a transportation system of its own on the basis of its diverse intrinsic characteristics. Local authorities have a crucial role to play in the process of deploying the system and of facilitating its functioning. This part of research therefore examines the potential for electromobility development at the local level: the semi-urbanized area of Paris-Saclay located within the Greater Paris area about 20 km southwest from its center serves as study area. The local transportation system's configuration and its dynamics including all relevant projects that will partially or integrally influence the area are discussed. The prospective analysis takes into account a wide range of considerations and potential determinants so as to render the assessment as realistic as possible. The study's findings shed light on the initial phase of the electromobility system's emergence while highlighting the flaws and complexities that hinder its future development. By these means, this research provides decision aid for policymakers and others stakeholders that are potentially involved in the electromobility system's deployment in France

Le nombre grandissant de véhicules électriques implique une grande quantité d’accumulateurs devant être alimentés par le réseau électrique. Le principe d’échange d’énergie véhicule-réseau (V2G) permet des transferts énergétiques bidirectionnels entre le réseau et les véhicules électriques. Il est ainsi possible de compter sur ces accumulateurs pour alimenter le réseau. Le chargeur intégré assure l’interface entre le réseau et ces accumulateurs. Son rendement constitue un élément majeur de la viabilité du principe V2G. Son caractère mobile est tout aussi important puisque cet appareil est intégré au véhicule. Les semi-conducteurs au carbure de silicium (SiC) présentent une percée substantielle pour atteindre le rendement et la densité énergétiques nécessaires pour un tel convertisseur. Les impacts de l’utilisation du SiC dans la conception et la mise en œuvre d’un chargeur bidirectionnel seront démontrés dans ce mémoire. La topologie du convertisseur est initialement déterminée puis dimensionnée pour les paramètres de l’étude, soit en tension et puissance. Les simulations du convertisseur exposent les différences entre une solution n’utilisant que des composants au SiC à une seconde n’utilisant que des composant au silicium (Si) traditionnellement utilisés. Une dernière solution combinant les deux types de composant a aussi été évaluée. Finalement, la mise en œuvre d’un chargeur bidirectionnel prototype démontre des phénomènes distincts entre les solutions exposant l’impact des semi-conducteurs au carbure de silicium sur le rendement du convertisseur bidirectionnel.

Cette thèse traite de la conception de systèmes électromécaniques, en particulier des machines électriques dédiées à des applications de traction. La démarche adoptée allie précision des résultats et réduction du temps de calcul du processus. A cet égard, deux thèmes ont été abordés dans cette thèse. Le premier thème concerne la modélisation de machines électriques et l’utilisation de méthodes semi-numériques. Une architecture de réseau de réluctances est proposée pour analyser les performances de machines à flux axial. Elle permet la prise en compte de l'aspect temporel et la caractéristique non-linéaire des matériaux ferromagnétiques. Des modèles basés sur la méthode des éléments finis ont été établis pour valider les résultats de modélisation. Le faible écart entre modèles numériques et semi-numériques montre le bien fondé des méthodes proposées. Des dimensionnements offrant un compromis entre précision de la solution finale et temps de calcul font l’objet du second thème de la thèse. La technique du Space Mapping est connue pour son efficacité, elle permet d'exploiter à moindre coût un modèle précis. Deux techniques qui en dérivent sont proposées en associant la modélisation par réseau de réluctances et des techniques d'optimisation. La première repose sur la modélisation de l'erreur entre des modèles de précisions différentes par une fonction à bases radiales. La deuxième intègre la correction de l'erreur dans la résolution des réseaux de réluctances en couplant les modèles linéaire et non-linéaire d'une machine électrique. / This thesis proposes contributions in design methodologies for electromechanical systems, in particularly electrical machines. The proposed strategy allies precision and reduction in simulation time. Thus, two themes were studied. The first theme concerns electromagnetic modeling by means of semi-numerical models. Reluctance’s network topology is proposed in order to analyze performances of permanent magnet axial flux machines. It can take into account the temporal aspect and the non-linearity of ferromagnetic materials. Finite element models were established in order to compare and validate the proposed modeling strategy. Thus, the small error between models (less than 5%) shows the efficiency of the models. Sizing based on optimization techniques, offering a compromise between final solution and computation time, are treated in the second theme of this thesis. Space Mapping is known as an efficient optimization technique, which enables exploiting costly models without being prohibited by computation time. Two derived techniques are proposed and applied to design the axial flux machines. The first, proposes the modeling of the error between models with different precision through radial basis function. The second embeds error correction in the magnetic equivalent circuit resolution in order to couple linear and non-linear models of an electrical machine.

Depuis quelques années de nombreux modèles de véhicules électriques et hybrides rechargeables sont disponibles à la vente. Les prévisions annoncent des niveaux de pénétration importants pour ces prochaines années. En effet, l’État français a annoncé deux millions de véhicules électrifiés pour 2020. Les véhicules électriques impactent les réseaux d’électricité en se rechargeant, c’est alors que les flux électriques dans les réseaux évoluent. Cette recharge qui induit un changement du dimensionnement du réseau est abordée dans ce manuscrit, qui s’attache à évaluer ce changement. De plus, avec le développement de la thématique des “smart grid”, les véhicules électrifiés peuvent avoir un intérêt pour la conduite du système électrique. Cette étude a pour objectif s’attachera aussi à tenter de déterminer l’équilibre entre intérêts des véhicules électrifiés dans ce contexte et difficultés (sous la forme de coûts) qu’ils pourraient rencontrer s’ils participaient à la conduite du système.L’impact des véhicules électrifiés se concentre principalement sur les réseaux de distribution d’électricité. Dans les réseaux de distribution d’électricité, les lignes et les câbles sont des infrastructures indispensables. Alors que de nombreuses études s’intéressent au dimensionnement des transformateurs du réseau d’électricité, peu d’entre elles analysent les lignes et les câbles du réseau. Une volonté de combler ce manque est alors apparue. Ce manuscrit traite la problématique du dimensionnement des conducteurs, des lignes et des câbles du réseau de distribution d’électricité. Les véhicules électrifiés peuvent également être utilisés comme moyen de stockage de l’électricité, afin d’améliorer la conduite des réseaux d’électricité. L’étude s’intéresse également à l’évaluation de l’impact sur les conducteurs de l’utilisation des véhicules électriques et hybrides rechargeables comme moyen de stockage (donc comme moyen de conduite du système). / In recent years many models of electric and plug-in hybrid vehicles are available for sale. The forecasts predict high levels of penetration in the coming years. Indeed, the French government announced two million electric vehicles by 2020. Electric vehicles impact the electric grid by recharging, changing electricity flows in the grid. Electric vehicles charging changes the manner of sizing the grid which is the topic of this manuscript. Moreover, with the development of the smart grids, electric vehicles may have an interest as actor of the electrical system. This study also focuses on trying to determine the balance between interests of electrified vehicles in this context and challenges (in the form of costs) they might encounter if they are involved in the operation of the electric system.The impact of electric vehicles mainly focuses on the distribution grid lines and cables are a major infrastructure of the distribution grid. While many studies focus on electric transformers sizing, few of them analyze the lines and cables of the grid. A desire to fill that gap then appeared. This manuscript deals with the problem of sizing lines' and cables' conductors of the electric distribution grid. Electric vehicles can also be used as electricity storage device to improve the operation of electricity networks. The study also assesses the impact on grid conductors of electric vehicles use for storage (i.e. as a means for operating the system).

Le véhicule électrique est actuellement au coeur des alternatives énergétiques qui permettent de faire face à la croissance du coût du carburant et au réchauffement climatique. En revanche, l’autonomie limitée des batteries des véhicules électriques et l’indisponibilité d’un nombre suffisant de bornes de recharge représentent des enjeux majeurs auxquels se trouvent confrontés les utilisateurs. Le déploiement des véhicules électriques doit alors passer par la conception et l’expérimentation des outils d’aide à la décision pour gestion optimisée et adaptée de l’écosystème du véhicule électrique. C’est dans ce contexte que s’inscrit cette thèse qui vise à fournir des outils d’aide à la décision pour l’optimisation des usages, de la recharge et des tournées des véhicules électriques dans le cadre industriel. Dans un premier temps, nous proposons d’étudier le problème d’optimisation conjointe de l’affectation et de la recharge des véhicules électriques. L’objectif de ce problème est de maximiser l’usage des véhicules électriques et minimiser les coûts de recharge tout en prenant en compte les contraintes d’ordre opérationnel et technique. Pour résoudre ce problème, nous proposons une méthode exacte et deux heuristiques. Nous comparons les performances de ces méthodes sur des instances réelles et d’autres aléatoires. Nous exposons ensuite plusieurs extensions au problème de base en intégrant de nouvelles fonctions objectif et de nouvelles contraintes. Nous étudions par la suite notre problème de point de vue ordonnancement et nous proposons une étude de complexité et des algorithmes d’approximation avec garantie de performance pour le problème d’ordonnancement d’intervalles sous contraintes d’énergie. Finalement, nous nous intéressons à un nouveau problème de construction de tournées pour une flotte mixte de véhicules électriques et thermiques. Pour résoudre ce problème, nous proposons des heuristiques et des méta-heuristiques hybrides et nous comparons les performances des différentes méthodes sur des instances généralisées de la littérature / Electric Vehicles may decrease transportation-related emissions and provide for less dependence on foreign oil. However, electric vehicles are still facing many weaknesses related to the high purchase prices, limited battery range and scarce charging infrastructure. The deployment of electric vehicles must then involve the design and the deployment of charging infrastructures. Within this study, the overall objective is to provide enhanced optimization methods and decision tools for electric vehicles assignment, charging and routing that are relevant to different real-world constraints. Firstly, we propose to study the joint scheduling and optimal charging of electric vehicles problem. This problem consists in assigning a set of already constructed routes to the available electric and conventional vehicles and in, simultaneously, optimizing the electric vehicles charging costs while ensuring that all constraints are satisfied. The objective of this problem is to maximize the use of EVs and to minimize charging costs. Secondly, we propose different extensions to our baseline problem and we vary the objective functions and the considered constraints. Moreover, our problem can be seen as a fixed interval scheduling problem with complementary constraints of energy. We propose then to study the complexity and the approximability of many variants of this new problem. Finally, we consider a new variant of the electric vehicle routing problem with a heterogeneous fleet of vehicles and we propose different heuristics and metaheuristics to solve it. We test the different solving methods on benchmark instances and we evaluate the efficiency of each method