Assistance énergétique à base de supercondensateurs pour

POUR L'OBTENTION DU GRADE DE DOCTEUR ÈS SCIENCES
PAR
ingénieur électricien diplômé EPF
de nationalité suisse et originaire de Essertes (VD)
acceptée sur proposition du jury:
Suisse
2008
Prof. Y. Perriard, président du jury
Prof. A. Rufer, directeur de thèse
Prof. H. Bleuler, rapporteur
Prof. A. Bouscayrol, rapporteur
Dr G. Coquery, rapporteur
Assistance énergétique à base de supercondensateurs
pour véhicules à propulsion électrique et hybride
Blaise DESTRAZ
THÈSE NO 4083 (2008)
ÉCOLE POLYTECHNIQUE FÉDÉRALE DE LAUSANNE
PRÉSENTÉE LE 23 MAI 2008
À LA FACULTE FACULTÉ DES SCIENCES ET TECHNIQUES DE L'INGÉNIEUR
LABORATOIRE D'ÉLECTRONIQUE INDUSTRIELLE
PROGRAMME DOCTORAL EN ENERGIE

Remerciements
Ce travail de thèse a été réalisé au Laboratoire d’Electronique In-
dustrielle dirigé par le Professeur Alfred Rufer. Il n’aurait pas pu être
réalisé sans l’aide d’un grand nombre de personnes auxquelles je dois
toute ma reconnaissance.
Mes premiers remerciements sont adressés au Prof. A. Rufer, direc-
teur de thèse, pour son soutien, son encadrement, sa confiance et son
enthousiasme durant la totalité du temps que j’ai passé dans le labora-
toire. Je le remercie également pour la relecture de mon manuscrit, de
ses commentaires pertinents et des propositions faites pour l’améliorer.
Je tiens ensuite à remercier tous les membres du jury, Prof. Y. Per-
riard, Prof. H. Bleuler, Prof. A. Bouscayrol et Dr. G. Coquery pour leurs
commentaires concernant le manuscrit, pour le temps consacré pour la
lecture de ma thèse et pour avoir accepté de faire partie du jury de
thèse.
Je souhaite remercier tous les partenaires industriels pour leur sou-
tien technique, leurs conseils et la mise à disposition de matériel, notam-
ment M. Froehlich, M. Klohr et M. Scholten de l’entreprise Bombardier
Transportation, M. Altherr de l’entreprise Stadler Rail AG et M. Tanner
de l’entreprise Oerlikon Batterie.
J’exprime toute ma gratitude à tous mes collègues du laboratoire
et plus particulièrement au Dr. Philippe Barrade, premier assistant du
laboratoire, pour son soutien, son aide, la relecture du manuscrit et les
différentes discussions pertinentes concernant les sujets de ma thèse. Les
différents résultats trouvés au cours de mon travail sont directement liés
à la qualité du matériel informatique mis à disposition et géré par Ro-
i

berto Zoia. Je remercie également Yves Birbaum et Fabienne Vionnet
pour la gestion efficace du matériel, pour les conseils lors de la réalisa-
tion de circuits, pour l’aide concernant toutes les tâches administratives
et pour leur bonne humeur. Tous les autres membres du laboratoire
m’ont permis de réaliser ma thèse dans de bonnes conditions et dans
une atmosphère de travail agréable.
Je remercie tous les étudiants qui ont participé aux différents pro-
jets concernant mon travail de thèse et plus particulièrement Numa
Uchimoto pour les différentes discussions concernant la réalisation du
simulateur de réseaux.
Un grand merci à ma famille pour leur soutien tout au long de la
réalisation de mon travail de thèse.
Mes derniers remerciements sont adressés à Sylvain Hauser pour ses
contributions, son soutien, ses encouragements et ses explications avi-
sées pour la conception de circuits ainsi qu’à Yannick Louvrier, collègue
de bureau, pour toutes les discussions tant professionnelles qu’extra-
professionnelles et son soutien très actif dans les différentes tâches liées
à la réalisation d’une thèse.
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Résumé
Avec le XXIesiècle, le domaine des transports rencontre un cer-
tain nombre de problèmes, dont ceux de la raréfaction des ressources
de pétrole et de la pollution de l’air. Depuis quelques dizaines d’années,
des recherches sont faites dans ce domaine. Les véhicules de type hy-
bride électrique ont un grand potentiel pour une solution à court terme.
Ils conservent une source d’énergie conventionnelle, mais un stockeur
d’énergie est ajouté à bord. Ainsi, l’autonomie du véhicule est assurée
par la première source d’énergie et les contraintes en puissance instan-
tanée élevée sont assurées par la seconde. En plus, le stockeur ajoute la
possibilité de récupérer l’énergie de freinage de manière optimale.
Au cours de cette dernière décennie, un développement très impor-
tant a été fait dans le domaine du stockage de l’énergie. Les supercon-
densateurs sont apparus. Ce sont des composants de puissance adaptés
pour une application dans le domaine des transports : leur durée de vie
est de plus de 500 000 cycles alors que leur densité en puissance (W/kg)
est beaucoup plus élevée que celle des batteries.
Ce travail concerne les domaines de la pollution de l’air et du dé-
veloppement de nouveaux éléments stockeurs d’énergie. Il présente les
propriétés liées à l’utilisation d’un système d’assistance en puissance
pour véhicules. Dans ce cas, le stockeur d’énergie auxiliaire est embarqué
et il est composé de supercondensateurs. Le gain sur la consommation
énergétique du véhicule dépend directement de son type, du parcours
et de la taille du stockeur d’énergie. Une méthode de dimensionnement
optimale de la taille du stockeur d’énergie est développée.
Une application dans plusieurs catégories de véhicules est présen-
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