Modélisation et commande d`une chaîne de conversion pour

UNIVERSITE PARIS-SUD
ÉCOLE DOCTORALE : STITS
Laboratoire de Génie Electrique de Paris
DISCIPLINE PHYSIQUE
THÈSE DE DOCTORAT
soutenue le 29/05/2013
par
Samantha LACROIX
Modélisation et commande d’une chaîne de
conversion pour véhicule électrique intégrant la
fonction de charge des batteries
Directeur de thèse : Eric LABOURE Professeur (Université Paris Sud)
Co-encadrant de thèse : Mickaël HILAIRET Professeur (Université de Franche-Comté)
Composition du jury :
Rapporteurs : Maurice FADEL Professeur (ENSEEIHT)
Jean-Paul FERRIEUX Professeur (Université Joseph Fourier)
Examinateurs : Serge PIERFEDERICI Professeur (ENSEM)
Antoine BRUYERE Ingénieur (Valeo)

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Remerciements
Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire de thèse ont été réalisés au LGEP
(Laboratoire de Génie Electrique de Paris) au sein de l’équipe COCODI (Conception,
Commande et Diagnostic) du département MOCOSEM (Modélisation et Contrôle de
Systèmes Électromagnétiques). Mes plus vifs remerciements vont à toutes les personnes ayant
contribuées au bon déroulement et à l’aboutissement de cette thèse, tant sur le plan
professionnel que sur le plan personnel.
Je remercie M. Serge PIERFEDERICI, Professeur à l’École Nationale Supérieure
d'Électricité et de Mécanique, d’avoir accepté de me faire l’honneur de présider le jury. Je
remercie également M. Maurice FADEL, Professeur à l’ENSEEIHT et M. Jean-Paul
FERRIEUX, Professeur à l’Université Joseph Fourier, pour l’intérêt qu’ils ont porté à ce
travail en acceptant d’en être les rapporteurs, ainsi que pour leur apports scientifiques en ayant
enrichi ces travaux de leur remarques précieuses. Je tiens aussi à remercier M. Antoine
BRUYERE, Docteur Ingénieur à Valeo, pour avoir participé au jury de ma thèse et pour son
aide précieuse à certains moments clé de mon travail.
Je remercie également M. Frédéric BOUILLAULT, Professeur à l’Université Paris-Sud,
Directeur du LGEP pour m’avoir accueilli au sein du laboratoire. Je remercie M. Claude
MARCHAND, Professeur à l’Université Paris-Sud, Responsable du département MOCOSEM
et M. Demba DIALLO Professeur à l’Université Paris-Sud, Responsable de l’équipe
COCODI.
Je remercie tout particulièrement mon directeur de thèse M. Eric LABOURE, Professeur à
l’Université Paris-Sud pour son soutien durant ces années de thèse. Je lui exprime ma
reconnaissance pour ses qualités scientifiques et humaines dont il m’a fait profiter aux travers
de ses remarques pertinentes et constructives. J’exprime ma profonde gratitude à M. Mickaël
HILAIRET, Professeur à l’Université de Belfort qui a codirigé ces travaux, pour m’avoir fait
partager une partie de ses connaissances en automatique et pour ses encouragements. J’ai
beaucoup appris en travaillant avec eux. Qu’ils trouvent ici l’expression de ma profonde
reconnaissance.

Remerciements
ii
Je remercie Mme Nejoua BEN HAMOUDA, Responsable du projet SOFRACI, M. Boris
BOUCHEZ et M. Luis DE SOUZA, Ingénieurs Valeo, pour leur disponibilité et pour leur aide
précieuse.
Je tiens aussi à remercier M. Eric BERTHELOT, Ingénieur d’Etude au département
MOCOSEM, pour son aide pour le développement du dispositif expérimental, mais surtout
pour sa patience lors de l’installation des logiciels de développement de la carte FPGA. Je
remercie M. Michel POLICE pour ses apports mécaniques. Je remercie aussi Olivier
HUBERT, administrateur du réseau informatique et toute l’équipe administrative pour l’aide
apportée. Mes remerciements s’adressent également à tous mes collègues et amis pour leurs
soutiens et encouragements.
Je remercie enfin, et tendrement, ma famille et particulièrement Othman qui
m’accompagne au quotidien, pour m’avoir suivi, encouragé et soutenu durant cette longue
aventure.

iii
Table des matières
Glossaire ................................................................................................................................................ vi
Liste des figures .................................................................................................................................. viii
Liste des tableaux ............................................................................................................................... xiii
Introduction générale ............................................................................................................................ 1
Chapitre I : Etat de l’art du véhicule à traction électrique ............................................................... 5
1.1. Introduction ............................................................................................................................. 6
1.2. Le Véhicule Electrique ............................................................................................................ 7
1.2.1. Bref Historique du Véhicule Electrique .......................................................................... 7
1.2.2. Véhicule d’aujourd’hui .................................................................................................... 8
1.2.3. Les points faibles du VE................................................................................................ 14
1.3. Les structures de chargeur ..................................................................................................... 15
1.3.1. Principes ........................................................................................................................ 15
1.3.2. Contraintes normatives .................................................................................................. 16
1.3.3. Chargeurs inductifs ........................................................................................................ 21
1.3.4. Chargeurs filaires .......................................................................................................... 25
1.3.5. Commande associée au convertisseur ........................................................................... 31
1.4. Bilan de l’état de l’art ............................................................................................................ 34
1.5. Bibliographie ......................................................................................................................... 35
Chapitre II : Description et modélisation du chargeur SOFRACI ................................................. 41
2.1 Introduction ........................................................................................................................... 42
2.2 Description et fonctionnement de la topologie ...................................................................... 43
2.2.1 Fonctionnement général ................................................................................................ 43
2.2.2 Fonctionnement en mode traction ................................................................................. 45
2.2.3 Fonctionnement en mode chargeur ............................................................................... 46
2.2.4 Description de la machine polyphasée .......................................................................... 49
2.2.5 Analyse critique de la structure ..................................................................................... 51