Conception d`un convertisseur de puissance pour les

Université de Technologie de Belfort -Montbéliard
THESE
Présentée à
L’Université de technologie de Belfort Montbéliard
en vue de l’obtention du grade de
DOCTEUR
DE L’UNIVERSITE DE TECHNOLOGIE DE BELFORT-MONTBELIARD
SCIENCES POUR L’INGENIEUR
Par
Ahmed BOUCHERIT
Conception d’un convertisseur de
puissance pour les véhicules électriques
multi-sources
Soutenue le 16 décembre 2011 devant la Commission d’Examen
Membres du Jury :
H. GUALOUS Rapporteur
G. VITALE Rapporteur
Y. AIT-AMIRAT Examinateur
M. CIRRINCIONE Co-directeur de thèse
A. DJERDIR Directeur de thèse
P. VENET Examinateur
Année 2011

Remerciements
Les travaux présentés dans ce mémoire ont été réalisés dans les locaux des laboratoires
Set et FCLAB de Belfort. Je tiens à remercier tout particulièrement mon directeur de thèse Mr
DJERDIR Abdeslam, pour ses conseils, sa confiance tout au long de ses années ; je remercie
aussi Mr Maurizio CIRRINCIONE Co-encadrant de cette thèse pour sa disponibilité, son
soutien et son implication pour le bon déroulement de ce travail. Je remercie également les
membres de jury Mr Hamid GUALOUS, Giovanni VITALE, Yousef AIT-AMIRAT et
monsieur Pascal VENET.
Ces années ont été agréables et enrichissantes, tant sur le plan humain que sur le plan
intellectuel, grâce aux doctorants et aux enseignants-chercheurs du laboratoire, que je
remercie chaleureusement pour leur générosité, leur solidarité et la bonne humeur ambiante.
Enfin, je remercie mes amis et ma famille. mon épouse ASSIA, qui m’a accompagné
avec beaucoup de compassion durant ces années de thèse, qui a été patiente, et a crue en moi
même dans les périodes de doute, et mes filles INES et Sabrina-Nada qui ont été un moteur de
motivation et de persévérance chaque jour. Enfin Je dédie ce mémoire à ma mère et mon père,
mes sœurs et mes frères.

SOMMAIRE
I
NOMENCLATURE..………………………………………………………………………….i
INTRODUCTION GENERALE………………………………………………………….....1
Chapitre 1. ETAT DE L’ART DES CONVERTISSEURS DE PUISSANCE POUR
LES VEHICULES ELECTRIQUES………………………………………......5
1.1. INTRODUCTION ..................................................................................................................................... 7
1.2. LES SOURCES D’ENERGIE EMBARQUEE................................................................
.................................. 8
1.2.1 Les Batteries ................................................................................................................................
......... 8
1.2.2 Les piles à combustibles ................................................................................................
..................... 13
1.2.3 Les supercondensateurs ................................................................................................
...................... 16
1.3.4 Les Moteurs électriques................................................................................................
...................... 20
1.3. LES AUXILIAIRES................................................................................................
................................ 24
1.4. LES CONVERTISSEURS DE PUISSANCE................................................................
.................................. 25
1.4 .1 Topologies existantes des convertisseurs conditionneurs d’énergie ................................
.................. 25
1.4.2. Problématique du bus-DC dans les véhicules électriques................................
.................................. 31
1.4.3 Commandes des convertisseurs de puissance ................................................................
..................... 32
1.4.4 Pertes et rendements énergétique : bilan de puissance, bilan des pertes ................................
............. 34
1.4.5 Alimentation de la motorisation ................................................................................................
......... 40
1.5. OBJECTIF DE LA THESE................................................................................................
........................ 45
1.6. CONCLUSION ................................................................................................................................
...... 46
1.7. BIBLIOGRAPHIE DU CHAPITRE 1.......................................................................................................... 47
Chapitre 2. NOUVELLE STRUCTURE DE CONVERTISSEUR
EMBARQUE…...............................................................................................51
2.1. INTRODUCTION................................................................................................................................
........... 53
2.3. SCHEMA GLOBAL DU CONVERTISSEUR PROPOSE................................................................
......................... 53
2.2. INTERACTIONS SOURCES- BUS CONTINU ................................................................................................
..... 55
2.2.1. MODES DE FONCTIONNEMENT DU CONVERTISSEUR DC-DC................................................................
.... 56
2.2.1.1. Mode1 : charge du pack de super-condensateurs................................................................
............ 57
2.2.1.2. Mode 2: Alimentation du véhicule par la PàC seule................................................................
....... 59
2.2.1.3. Modes 3: Alimentation du véhicule par la PàC seule via un Boost ................................
................ 59
2.2.1.4. Mode 4: Alimentation du véhicule par les SC seuls ................................................................
....... 62
2.2.1.5. Modes 5: Alimentation du véhicule par les Sc seules via un Boost................................
................ 63
2.2.1.6. Modes 6: Récupération de l’énergie du véhicule par les SC................................
........................... 65
2.2.1.7. Modes hybrides................................................................................................
............................... 67
2.2.1.8. Remarque................................................................................................................................
........ 70
2.3. SIMULATION DES FONCTIONNALITES DU CONVERTISSEUR DC-DC PROPOSE ................................
.............. 70
2.3.1. MODELE DU MOSFET ................................................................................................
............................ 70
2.3.2. PROGRAMME DE SIMULATION DU CONVERTISSEUR DC-DC PROPOSE................................
...................... 70
2.3.2.1. Bloc convertisseur DC-DC ................................................................................................
............. 72
2.3.2.2. Bloc Charge ................................................................................................................................
.... 74
2.3.3. RESULTATS DE SIMULATION................................................................................................
.................... 75
2.3.3.1. Mode 1 : Charge SC à partir de la Pàc................................................................
............................ 76
2.3.3.2. Mode 2: Alimentation du véhicule par la PàC seule................................................................
....... 77
2.3.3.3. Mode 3: Alimentation du véhicule par la PàC seule via un Boost................................
.................. 79
2.3.3.4. Mode 4: Alimentation du véhicule par les SC seuls ................................................................
....... 80
2.3.3.5. Mode 5 : Alimentation du véhicule par les SC seuls à travers un boos ................................
.......... 81
2.3.3.6. Mode 6 : Recharge des SC à partir du bus DC ................................................................
............... 81
2.4. CONCLUSION ................................................................................................................................
.............. 83
5. BIBLIOGRAPHIE DU CHAPITRE 2..................................................................................................................... 84