Soutenance de thèse de Gaël PONGNOT

Composition du jury :

Mme Delphine RIU, de l'Université Grenoble Alpes, Rapporteure

M. Philippe BARRADE, de l'HES-SO de Valais-Wallis, Rapporteur

M. Loïc QUEVAL, de l'Université Paris-Saclay, CentraleSupelec, Examinateur

M. Alessio IOVINE, de l'Université Paris-Saclay, CNRS, Examinateur

M. Francis ROY, de Stellantis, Invité

 

Mots clés : Véhicule électrique, Électronique de puissance, Convertisseur multi-niveau, Modélisation système

 

Résumé :

La réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) est aujourd'hui, plus que jamais, un impératif. Les véhicules électriques (VE) se distinguent par leur faible émission de GES sur leur durée de vie. Les travaux présentés dans cette thèse s’intègrent au sein du projet PIA ADEME IBIS, dont l'objectif est de développer une nouvelle architecture de chaîne de traction pour les véhicules électriques basée sur un convertisseur multi-niveau modulaire. Dans ce contexte, la thèse se concentre sur un système de convertisseur-batterie à ponts en H cascadés (PHC), exploitant un fort degré de modularité pour bénéficier d'une commande sans découpage. Après avoir défini et justifié l'utilisation de la Représentation énergétique macroscopique (REM), les sous-systèmes sont modélisés avec une attention particulière à la chaîne de traction : machine, semi-conducteurs et batteries. Les modèles sont validés expérimentalement. La force des modèles construits grâce à la REM permet d'étudier l'influence de paramètres sans modifier la représentation. Les modèles sont simulés pour comparer la structure de chaîne de traction à onduleur PHC avec les topologies classiques, incluant un onduleur IGBT et un onduleur SiC. Les simulations de cycles de conduite réalistes révèlent que les convertisseurs SiC et PHC améliorent significativement la consommation à basse vitesse, particulièrement avantageux pour les cycles urbains. L'exploration des configurations possibles de la structure cascadée amène à une configuration optimale en consommation se situe autour de 10 cellules par module, soit 12 modules, avec une tension par niveau entre 30 et 40 V. Cette configuration est un compromis influencé par la gamme de transistors disponibles et la qualité d'énergie. Cette dernière est importante pour la recharge du véhicule. Bien que la réduction du nombre de niveaux diminue les pertes, elle peut nécessiter des stratégies de modulation pour compenser la qualité dégradée à basse vitesse. Ces travaux se veulent ainsi pionniers dans l'étude système des convertisseurs multi-niveaux modulaires pour véhicules électriques. Un large champ de perspectives aux disciples variées est offert par cette structure.