In the current climate crisis situation, the development and wide operating range of electric mobility is of great importance, with electric rail traction being the main form of electric transport over medium-long distances. In this sense, electric traction converters are undergoing a deep modification, moving towards more powerful, more compact converters with a wider operating range. This project addresses the problem of overheating of the internal air of a railway electric traction converter when it operates in extreme environments with high temperatures, around 50o C or 60o C. In these cases, the existing cooling system, which uses external air at ambient temperature as the coolant fluid, is not enough to ensure safe operation of the converter. This limits the operating range of electric trains with high power density converters, which cannot operate in hot climates. Furthermore, it poses a risk for other operating ranges in the near future, where the development of converters with higher current levels and thus higher power losses will again challenge conventional cooling systems. This project uses the MITRAC/TC1500TM traction converter developed by Alstom as a basis for proposing different additional cooling systems that complement the conventional one, with the use of different cooling technologies, including forced air convection, heat pipes, liquid-cooled cold plates and Peltier cells, also called thermoelectric coolers. The implementation of the different technologies is evaluated based on mathematical models developed in MATLAB® and computational fluid dynamics simulations in StarCCM+® . The results obtained allow to conclude that the use of heat pipes and Peltier cells is the most recommendable for the development of thermal management systems for electric traction converters, provided that they are implemented with a good external heat dissipation medium, preferably ambient temperature air flows already that already exist in the converter. Furthermore, it is shown that the same cooling technology can provide very different results depending on its implementation. / I den rådande klimatkrisen är det mycket viktigt att utveckla elektrisk mobilitet och att ha ett brett användningsområde, där elektrisk järnvägsdrift är den viktigaste formen av elektrisk transport över medellånga avstånd. Omvandlarna för elektrisk traktion genomgår därför en genomgripande förändring, mot kraftfullare och mer kompakta omvandlare med ett bredare driftsområde. Detta projekt behandlar problemet med överhettning av den inre luften i en elektrisk traktionsomvandlare för tåg när den används i extrema miljöer med höga temperaturer, runt 50o C eller 60oC. I dessa fall är det befintliga kylsystemet, som använder extern luft vid omgivningstemperatur som kylmedel, inte tillräckligt för att garantera en säker drift av omvandlaren. Detta begränsar användningsområdet för elektriska tåg med omvandlare med hög effektdensitet, som inte kan användas i varma klimat. Dessutom utgör det en risk för andra driftområden inom den närmaste framtiden, där utvecklingen av omvandlare med högre strömnivåer och därmed högre effektförluster återigen kommer att utmana konventionella kylsystem. I projektet används MITRAC/TC1500TM , en traktionsomvandlare som utvecklats av Alstom, som grund för att föreslå olika ytterligare kylsystem som kompletterar det konventionella, med användning av olika kyltekniker, inklusive luftkonvektion, värmerör, vätskekylda kylplattor och Peltierceller, även kallade termoelektriska kylare. Implementeringen av de olika teknikerna utvärderas baserat på matematiska modeller som utvecklats i MATLAB® och beräkningsflödesdynamiska simuleringar i StarCCM+®. De erhållna resultaten gör det möjligt att dra slutsatsen att användningen av värmerör och Peltier-celler är det mest rekommenderade för utvecklingen av termiska styrsystem för elektriska traktionsomvandlare, förutsatt att de implementeras med ett bra externt värmeavledningsmedium, helst luftflöden vid omgivningstemperatur som redan finns i omvandlaren. Dessutom visas att samma kylteknik kan ge mycket olika resultat beroende på hur den implementeras.

La gestion thermique des batteries Li-ion pour le véhicule électrique est essentielle, pour assurer une autonomie et une durée de vie optimales de ces batteries. Habituellement, des circuits d'air ou de liquide de refroidissement sont utilisés comme systèmes de gestion thermique. Cependant, ces systèmes sont coûteux en termes d'investissement et d'exploitation et doivent être dimensionnés sur la puissance maximale à extraire. L'utilisation de matériaux à changement de phase (MCP) pour l’absorption sous forme de chaleur latente de la chaleur à dissiper peut représenter une alternative moins coûteuse et plus facile à utiliser. En effet, les MCP peuvent stocker passivement la chaleur excédentaire produite et être utilisés en tant que systèmes passifs. Cependant, les MCP présentent de nombreux inconvénients comme la difficulté de décharger l’énergie thermique stockée, ce qui limite l’aptitude du système au cyclage, ou encore leur conductivité thermique peu élevée qui limite les capacités d’échange. Pour résoudre le problème de la régénération des MCP, un système actif supplémentaire peut être ajouté, dimensionné sur une puissance modérée; l'ensemble devient alors un système semi-passif. Dans cette étude, un système de gestion thermique composé d'un MCP et d’air en convection forcée est évalué. Ce système permet de coupler les avantages de ces deux techniques. Une modélisation du système est développée pour une cellule de batterie. Une comparaison avec de l’air uniquement, en convection forcée, montre l'utilité du MCP. Pour augmenter la capacité d’échange du MCP, un matériau à haute conductivité thermique peut être ajouté au MCP, ce qui permet d’obtenir un composite ayant une conductivité thermique plus élevée. Des composites basés sur les MCP étudiés et des nanostructures de carbone sont élaborés, leur conductivité thermique est mesurée. Ensuite, un système expérimental simulant la dissipation d’une cellule de batterie est construit et utilisé pour évaluer le MCP seul, le MCP inclus dans une mousse métallique et le meilleur composite obtenu. Enfin, pour se rapprocher des conditions réelles, un modèle représentant un stack entier de batterie est développé, des simulations sont produites et les résultats obtenus sont commentés. / Li-ion battery thermal management is essential for electric vehicles (EVs), to ensure an optimal autonomy and lifespan of those batteries. Usually, air or coolant circuits are employed as thermal management systems. However, those systems are expensive in terms of investment and operating costs and must be dimensioned on the maximal power to be extracted. The use of phase change materials (PCMs) as latent heat storage medium allowing the absorption of the heat to be dissipated as latent heat may represent an alternative cheaper and easier to operate. In fact, PCMs can passively store the excess heat produced by a device and be used as passive systems. However, PCMs have several drawbacks like the difficulty to discharge the stored thermal load which limits the system’s cyclability or their low thermal conductivity which limits their heat transfer capacity. To solve the problem of the PCM regeneration, an additional active system can be added, dimensioned on a moderate power; the whole becomes a semi-passive system. In this study, a thermal management system composed of a PCM and forced air convection is evaluated. This system permits to combine the respective advantages of the two techniques. A model of the system is developed for one battery cell. A comparison with forced air convection only points out the usefulness of the PCM. To overcome the PCM low thermal conductivity, a highly conductive material can be added to the PCM permitting to obtain a composite with a higher thermal conductivity. Composites based on the PCMs studied and carbon nanostructures are elaborated, and their thermal conductivity is measured. Then, an experimental system permitting to simulate the dissipation of a battery cell is build and used to evaluate the PCM alone, the PCM embedded in metal foam and the better obtained composite. Finally, to be closer to the real conditions, a model representing an entire battery stack is developed, simulations are produced and the obtained results are discussed.