La conception d'un convertisseur est un travail pluridisciplinaire reposant sur effort un humain, un coût et une durée importants. Le développement des convertisseurs serait moins contraignant s'il existait une solution générique. C'est dans ce contexte que l'approche " Réseau de micro-convertisseurs " (RµC) a vu le jour. Un réseau de micro convertisseurs est composé d'un seul type de composant universel appelé aussi " cellule élémentaire " à partir duquel il est possible de répondre à n'importe quel cahier de charges par diverses associations. Les travaux de cette thèse portent sur le principe et les moyens de réalisation du réseau de micro-convertisseurs qui pourrait aboutir à une rupture technologique. Une partie importante de cette thèse est consacrée à l'optimisation de la cellule élémentaire des points de vue fonctionnels mais aussi et surtout assemblage et mise en œuvre. La réalisation d'un réseau de micro-convertisseurs reste l'objectif principal à développer pour démontrer le potentiel de cette approche. L'étude menée sur la réalisation d'un démonstrateur pour application photovoltaïque va nous montrer que cette nouvelle approche peut être compétitive par rapport aux structures existantes d'électronique de puissance pour les applications solaires et surtout que son industrialisation est possible.

La conception d'un convertisseur est un travail pluridisciplinaire reposant sur effort un humain, un coût et une durée importants. Le développement des convertisseurs serait moins contraignant s'il existait une solution générique. C'est dans ce contexte que l'approche « Réseau de micro-convertisseurs » (RµC) a vu le jour. Un réseau de micro convertisseurs est composé d'un seul type de composant universel appelé aussi « cellule élémentaire » à partir duquel il est possible de répondre à n'importe quel cahier de charges par diverses associations. Les travaux de cette thèse portent sur le principe et les moyens de réalisation du réseau de micro-convertisseurs qui pourrait aboutir à une rupture technologique. Une partie importante de cette thèse est consacrée à l'optimisation de la cellule élémentaire des points de vue fonctionnels mais aussi et surtout assemblage et mise en œuvre. La réalisation d'un réseau de micro-convertisseurs reste l'objectif principal à développer pour démontrer le potentiel de cette approche. L'étude menée sur la réalisation d'un démonstrateur pour application photovoltaïque va nous montrer que cette nouvelle approche peut être compétitive par rapport aux structures existantes d'électronique de puissance pour les applications solaires et surtout que son industrialisation est possible. / For the creation of one converter in power electronics, a qualified staff in the field of the conception, the design, the production, the tests and validation has to be involved. The development of the converters would be much easier if there is one generic solution. Thus, the « network of micro-converters » is proposed. This approach is based on one universal device called “elementary cell” which represents a micro-converter. One matrix of elementary cells could be configured in such a way to correspond to every electrical specification. This thesis highlights the state of art of the network of micro-converters and focalizes on its development which could be a technological breakthrough. At first, the optimization of the elementary cells according to the standard technologies for the realization is issued. The development of one network of micro-converters remains the main objective of this work in order to demonstrate the benefits of this approach. The realization of one prototype for distributed photovoltaic system shows that it could be a competitive solution in comparison with the existing power electronics structures dedicated to solar systems.

Les recherches actives sur les matériaux photovoltaïques et sur les systèmes de gestion de cette énergie sont à la base de ces progrès constants. Le LAAS travaille depuis plusieurs années dans cette optique d'amélioration et d'optimisation de l'énergie électrique produite par les systèmes solaires photovoltaïques. L'insertion d'un étage d'adaptation entre un générateur photovoltaïque (PV) et une charge optimise le transfert d'énergie. Ainsi, cet étage, commandé par une MPPT (Maximum Power Point Tracking), permet de rechercher en permanence le point maximum de puissance délivré par le module PV. Afin d'accroître encore les performances énergétiques des systèmes solaires, cette thèse s'est délibérément orientée vers une architecture fortement distribuée. Cette approche, consistant à répartir la gestion du générateur PV, permet de se rapprocher au plus près de la production photovoltaïque et ainsi en optimiser la puissance électrique globalement produite. Pour cela, nous avons développé des prototypes de micro-convertisseurs dédiés aux applications faibles puissances photovoltaïques. Les mesures journalières effectuées nous ont permis d'étudier avec précision l'intérêt de l'architecture distribuée et d'obtenir des résultats de validation montrant les perspectives à venir. Plusieurs solutions d'architectures se dégagent avec différents bilans des gains énergétiques qu'elles apportent.

Depuis ces années, le développement de systèmes de stockage d'énergie pour la mobilité électrique avec davantage d'autonomie de durabilité est au cœur des contraintes de développement des véhicules électriques ou hybrides entraînant une émergence de l'utilisation des systèmes de management ainsi que des circuits d'équilibrage. Les travaux de thèse portent sur la conception et la réalisation d'une nouvelle structure d'équilibrage à base du réseau de micro-convertisseurs (RµC) utilisant les matrices de connections ainsi que les stratégies de commande appropriées. L'objectif principal est de concevoir un équilibreur actif forcé de haute performance, intégrable à base de technologies d'aujourd'hui et avec une stratégie de contrôle simple à mettre en œuvre. Le mémoire de thèse se structure en quatre chapitres : approche du RµC versus l'équilibrage des batteries, conception de la structure et des stratégies d'équilibrage à base du RµC, conception et dimensionnement du système de contrôle intégrée, version intégrée de l'équilibreur-perspectives. Les premiers prototypes de l'équilibreur utilisant des composants discrets ont été mis en place afin de valider notre structure ainsi que les solutions de contrôle proposées. La réalisation des versions intégrées en se basant sur l'utilisation les technologies disponible au sein du laboratoire ouvre un avenir promettant pour les systèmes de management de batterie.

Depuis ces années, le développement de systèmes de stockage d'énergie pour la mobilité électrique avec davantage d'autonomie de durabilité est au cœur des contraintes de développement des véhicules électriques ou hybrides entraînant une émergence de l'utilisation des systèmes de management ainsi que des circuits d'équilibrage. Les travaux de thèse portent sur la conception et la réalisation d'une nouvelle structure d'équilibrage à base du réseau de micro-convertisseurs (RµC) utilisant les matrices de connections ainsi que les stratégies de commande appropriées. L'objectif principal est de concevoir un équilibreur actif forcé de haute performance, intégrable à base de technologies d'aujourd'hui et avec une stratégie de contrôle simple à mettre en œuvre. Le mémoire de thèse se structure en quatre chapitres : approche du RµC versus l'équilibrage des batteries, conception de la structure et des stratégies d'équilibrage à base du RµC, conception et dimensionnement du système de contrôle intégrée, version intégrée de l'équilibreur-perspectives. Les premiers prototypes de l'équilibreur utilisant des composants discrets ont été mis en place afin de valider notre structure ainsi que les solutions de contrôle proposées. La réalisation des versions intégrées en se basant sur l'utilisation les technologies disponible au sein du laboratoire ouvre un avenir promettant pour les systèmes de management de batterie. / In recent years, the development of energy storage systems for electric mobility with greater autonomy of sustainability is at the heart of development constraints of electric or hybrid vehicles resulting in the emergence of the use of management systems as well as balancing circuits. The thesis focuses on the design and implementation of a new balancing based network structure of micro-inverters (RμC) using matrices connections and appropriate control strategies. The main objective is to design an active balancer forced high performance integrated based technologies of today and a simple control strategy to implement. The thesis is structured in four chapters: RμC approach versus balancing batteries, structural design and balancing based strategies RμC, design and simulation of control system built, integrated version of the balancer - perspectives. The first prototypes of the balancer using discrete components were developed to validate our structure and control solutions proposed. The realization of integrated based on using the technologies available in the laboratory versions opens a promising future for battery management systems.