Th. doct.-ing.--Grenoble 1, 1980. N°: 116.

Un des enjeux importants de ces dernières années est l'optimisation des structures. Ce travail de thèse propose une méthodologie de pré-dimensionnement pour les convertisseurs statiques. Celle-ci se veut être la plus générale possible et s'appuie sur la mise au point de modèles analytiques simples sur lesquels le compromis précision-rapidité a été imposé. Une analyse des différentes méthodes de modélisation a donc été effectuée pour les différents phénomènes physiques en présence (Compatibilité électromagnétique CEM, ondulation, dynamique, thermique, volume..) ainsi qu'une validation sur une application hacheur synchrone dédiée à l'automobile. Plusieurs stratégies d'optimisation ont été évaluées, et leur influence sur les modèles utilisés a été analysée. Cette démarche permet non seulement de trouver une solution technologique viable mais permet aussi de faire un retour sur cahier des charges.

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.

Ce mémoire présente une solution de conversion d’énergie permettant de couplerdeux sources de tension électrique similaire à dimensionnement réduit. Appliqué à un système de stockage hybridé puissance/énergie pour véhicule électrique, cette solution présente un compromis de coût de production, de masse et de rendement énergétique meilleur que celui des hacheurs classiques. Nous proposons en réponse à cette problématique l’utilisation d’une source de courant contrôlée placée en série avec les deux sources de tension pour réaliser leur couplage. Une structure de convertisseur permettant ce couplage est étudiée, puis comparée à une structure classique, et enfin réalisée au travers d’un démonstrateur à échelle de tension réduite afin de mettre en évidence ses avantages et inconvénients / This thesis deals with the development of a power conversion solution, allowing for the coupling of two similar voltage sources. Applied to a combined battery storage sys-tem power/energy for electric vehicles, the proposed solution presents a compromise between production costs, mass and energy performance, providing a better solution than those currently in existence. As such, the two voltage sources are coupled in series with a controlled current source. A structure of the converter allowing the coupling is studied and compared to a classic structure. Finally a demonstrator on a reduced voltage scale has been realized and shows advantages of this converter solution.

Ce travail de recherche porte sur l’étude de l’effet du vieillissement par fatigue électrothermique sur la compatibilité électromagnétique des composants de puissance à base de carbure de silicium. Il est axé sur deux grandes parties ; une partie expérimentale et une autre plus orientée modélisation. Sur le plan expérimental, cette thèse étudie l’effet du vieillissement des transistors à base de carbure de silicium utilisés dans les convertisseurs statiques sur les perturbations électromagnétiques générées par ces convertisseurs. La deuxième partie porte sur la modélisation de ces transistors afin d’émuler l’effet de leur vieillissement sur les perturbations électromagnétiques des modules qu’ils composent. Cette dernière étape repose sur une étude de l’évolution des caractéristiques électriques statiques et dynamiques effectuées sur le composant sous test pour extraire les principaux paramètres intrinsèques du transistor de puissance dégradé après les séries de stress appliquées. En effet, ces paramètres intrinsèques dégradés émulent l’effet du vieillissement et sont représentatifs des principaux phénomènes pouvant influencer les convertisseurs de puissance étudiés. De ce fait, le changement de leurs valeurs dans le modèle du dit composant, décrit en VHDL-AMS et implémenté sur le simulateur de type circuit ANSYS SIMLORER, nous permet d’obtenir un modèle d’un tel composant après vieillissement. Cette étape a permis de valider la méthodologie développée pour la simulation des perturbations électromagnétiques conduites d’un composant sain dans un premier temps et d’un composant vieilli dans un second. Globalement, cette approche de modélisation innovante développée dans ce travail permet d’aider les concepteurs des convertisseurs statiques à prédire les perturbations électromagnétiques conduites avant et après vieillissement sans passer par la mesure et ses points faibles. Ceci apporte des informations complémentaires sur l’évolution des signatures CEM de tels modules durant sa durée de vie et d’estimer donc le risque lié au vieillissement des composants. / This research work focuses on the electrothermal aging effect on the electromagnetic compatibility of power components based on silicon carbide SiC. It focuses on two major parts ; an experimental part and another more oriented modelization. Experimentally, this thesis studies the aging effect of SiC transistors used in static converters on the electromagnetic interferences EMI generated by these converters. The second part deals with the modeling of these transistors in order to emulate the effect of their aging on the EMI of the modules they compose. This step made it possible to validate the methodology developed for the simulation of the conducted EMI of a healthy SiC MOFSET at first and of an aged SiC MOSFET in a second time. Overall, this innovative modeling approach developed in this work helps the designers of static converters to predict the conducted EMI before and after aging without going through the measurement. This provides additional information on the evolution of the EMC signatures of such modules during its lifetime and thus to estimate the risk associated with the aging of the components.