Dans les dernières années, le respect de l’environnement est devenu une des grandes préoccupations des clients du secteur automobile. Les constructeurs cherchent à réduire les émissions carbones de ses produits et les véhicules hybrides ou purement électriques apparaissent comme une alternative viable aux véhicules thermiques. Un des éléments importants de la réussite de la commercialisation des véhicules électriques est la recharge de la batterie qui peut être effectuée par différents moyens, avec des chargeurs embarqués/débarqués, à domicile ou sur la voie-publique. Dans ce domaine un système de charge performant doit notamment être robuste vis-à-vis des contraintes extérieures( perturbations réseaux, impédances de ligne, charges de plusieurs véhicules en même temps), avoir un bon rendement entre la puissance puisée à la prise et celle délivrée à la batterie, maitriser les courants harmoniques rejetés sur le réseau électrique (respect des différentes contraintes réglementaires liées aux perturbations émises). Pour répondre à ces exigences les travaux de cette thèse proposent des commandes innovantes des convertisseurs de puissance contenus dans les chargeurs électriques. Dans un premier temps, la modélisation des convertisseurs de puissance est réalisée en moyenne à la période de commutation et en moyenne généralisée pour d´écrire le processus de génération des harmoniques des courants et tensions des convertisseurs. Des lois de commande non-linéaire fondées sur la théorie de stabilité au sens de Lyapunov sont proposées de fac¸on à induire un comportement en boucle fermée satisfaisant les exigences souhaitées pour les convertisseurs de puissance. La partie commande est complétée par une partie d’observation nécessaire pour l’estimation des signaux non-mesurés et pour l’extraction harmonique. Enfin dans la dernière partie de la thèse, les différentes stratégies de commande sont validées par rapport aux exigences via une co-simulation en reproduisant l’architecture de logiciel model in the loop utilisée dans l’industrie / In the last few years the question of respecting the environment became a central concern of car users. The electric cars respond to the public trend of reducing the toxic emissions of conventional cars. The success of electric cars depends on the charging of the batteries, charging done either at home or on the public domain.The charging system has to respond to the following performance criteria:-robustness to exterior constraints: network perturbations, line impedance, multiple simultaneous charging of vehicles.-a good efficiency for the power transfer between the received power and the power delivered to the battery.-respecting the power distributer constrains for network harmonic pollution.These three points impose the need for efficient control laws for the battery charger. In this context, the power converters (AC / DC - DC / DC) are key components in electrical chargers , an improved control law of these elements can provide a better level of performance for the charger.This work is a continuation of previous work that resulted in several theses with CIFRE funding, in collaboration with Renault in the context of the electric car (but not only):- From an industrial viewpoint, the doctoral student will draw on the expertise, experience and Renault's test facilities in the field of electric traction in the automotive transport.- From an academic point of view the work will benefit from the skills of the working group 'System control’ within the L2S laboratory, in the field of multi-physics modelling, design of control laws and optimization.Supervision will be provided by:- Emmanuel Godoy (Professor, HDR, advisor) and Dominique Beauvois (professor, co-director) of the academic point of view.- Pedro Kvieska (Engineer, Doctor, Ecole Centrale de Nantes) for industrial management within Renault.Objectives of the thesisThe first two years of thesis work will focus on methodological studies of dedicated control laws. During the third year the work will be focused on the implementation of the proposed architectures and control strategies by: implementing of the new control strategies as prototypes on test bench and on the transferability of the proposed control approaches.A big part of the last year will naturally be devoted to the writing of the doctoral thesis and the preparation of the defence.

Ce travail concerne l’étude et la réalisation d’une architecture multicellulaire de conversion d’énergie électrique haute tension avec étage intermédiaire alternatif moyenne fréquence destinée à la traction électrique ferroviaire. L’objectif de ce travail est de diminuer la masse et le volume de l’étage de conversion alternatif-continu que l’on retrouve dans les engins de traction conçus pour circuler sur les réseaux alternatifs 25kV-50Hz ou 15kV-16Hz2/3. La recherche de gains sur l’étage de conversion alternatif-continu s’applique aussi bien sur les automotrices où l’on cherche à gagner de la place disponible pour y placer des passagers que sur les locomotives ou encore sur les motrices de TGV où l’on recherche un gain de masse étant donné que ces engins sont en limite de charge à l’essieu. Le contexte de la haute tension implique l’utilisation d’interrupteurs de forts calibres en tension pour limiter au maximum le nombre de cellules de conversions utilisées. D’un autre côté, la recherche de gains sur le transformateur nécessite une fréquence de découpage élevée, génératrice de pertes en commutation dans les interrupteurs. L’architecture de conversion retenue permet par l’association de structures duales d’obtenir des conditions de commutation douce, ce qui est favorable à une montée en fréquence avec des interrupteurs de forts calibres en tension. Le convertisseur élémentaire associe un onduleur de tension commandé au blocage et un commutateur de courant commandé à l’amorçage. Afin d’évaluer le rendement de l’architecture considérée, un prototype d’un bloc de conversion élémentaire, d’une puissance de 280 kVA, a été réalisé au laboratoire PEARL. Les interrupteurs sont réalisés sur la base de modules IGBT 6,5kV/200A. Les essais en commutation douce ont permis d’évaluer, dans des conditions de fonctionnement réelles, les pertes dans les modules IGBT. Compte tenu de ces résultats, il est possible de déterminer les limites de fonctionnement de la structure de conversion et d’effectuer un dimensionnement en considérant le compromis rendement-poids-volume pour un engin de traction donné. / This thesis concerns the study and the rating of a high voltage multicellular converter with an intermediate medium frequency stage dedicated to railway traction. The objective is to reduce the weight and the volume of the AC-DC conversion stage which is implemented in railway engines running on 25kV-50Hz or 15kV-16Hz2/3 railways. Reduction on weight and size of the AC-DC converter may be applied on multiple unit trains where the transformer causes room loss for passengers and on locomotives and high speed trains where the axle load is limited. On one hand high voltage switches are required in order to minimize the number of cells used to build the converter. On the other hand, reducing the size and the weight of the transformer requires a high switching frequency, causing high commutation losses. To achieve soft switching conditions with high voltage semiconductors, the proposed topology is based on an association of dual structures. Each elementary converter combines a controlled turn-off voltage source inverter and a controlled turn-on current source inverter. In order to estimate the efficiency of the new topology, a prototype of one elementary cell working at 280 kVA, was built at the Power Electronics Associated Research Laboratory (PEARL). The switches are standard 6.5 kV/200A IGBTs modules. Soft-switching tests, in real operating conditions, allow evaluating IGBTs and diodes switching losses. Thanks to these results, it is possible to find the structure operating limits and to size the transformer considering the trade-off between the system efficiency and the transformer weight.