Optimisation de système de transfert d'énergie sans contact V2G appliqué aux véhicules électriques

Optimization of V2G wireless energy transfer system applied to electric vehicles

• Auteur / Autrice : Damien Lemaitre
• Direction : Yves Lembeye
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 14/03/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe de recherche Electronique de puissance (Grenoble)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Tixador
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Magne, Xavier Margueron
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Labouré, Charles Joubert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Programmation (mathématiques)

Chargeurs de batteries

Condensateurs électriques

Véhicules électriques

Mots clés libres

Véhicules électriques

Transfert d'énergie sans contact

Bidirectionnel (V2G)

Optimisation

Méthode de dimensionnement

Condensateurs résonants

Electrical Vehicle

Wireless power transfer

Bidirectional (V2G)

Optimisation

Sizing method

Resonant capacitors

Résumé

Le développement des éoliennes et panneaux photovoltaïques requiert un besoin de stockage important en raison de leur intermittence. La batterie des VEs peut remplir ce rôle. Les chargeurs inductifs bidirectionnels permettent de maximiser le temps de connexion de la batterie au réseau. Ils nécessitent cependant plus de matériaux que les chargeurs filaires à leur conception, impliquant un coût économique et environnemental plus élevé. L’optimisation de chargeurs inductifs bidirectionnels est menée dans cette thèse afin d’explorer la viabilité technique, économique et environnemental de ce système. Les objectifs sont de maximiser le rendement et minimiser le volume de matériaux avec le respect des normes en vigueur.Les choix technologiques et topologiques des condensateurs résonants, bobinages, matériaux magnétiques et du blindage du coupleur magnétique sont effectués selon ces critères. Une nouvelle méthode est développée et permet de réduire la quantité de cuivre utilisée dans les bobinages sans diminuer le rendement. La robustesse du système aux variations de charge et de couplage est accrue à l’aide d’un nouvel algorithme de dimensionnement pour système inductif bidirectionnel. L’optimisation rendement – volume des matériaux magnétiques est effectuée avec la méthode d’optimisation de forme développée dans cette thèse. Celle-ci est intégrée dans l’optimisation de l’ensemble du coupleur. Un prototype de 20 kW est réalisé avec les résultats de l’optimisation, permettant de les valider.

The development of wind turbines and photovoltaic panels needs significant storage because of their intermittence. The EV battery can fill this role. Bi-directional inductive chargers maximize the battery's connection time to the grid. However, they require more materials than plug-in chargers to be designed, implying a higher economic and environmental cost. The optimization of bidirectional inductive chargers is conducted in this thesis to explore the technical, economic and environmental viability of this system. The objectives are to maximize the efficiency and minimize the volume of materials while respecting the current standards.The technological and topological choices of the resonant capacitors, windings, magnetic materials and shielding of the magnetic coupler are made according to these criteria. A new method has been developed to reduce the amount of copper used in the windings without reducing the efficiency. The robustness of the system to load and coupling variations is increased using a new sizing algorithm for bidirectional inductive systems. The volume efficiency optimization of magnetic materials is performed with the shape optimization method developed in this thesis. This method is integrated in the optimization of the whole coupler. A 20 kW prototype is realized with the results of the optimization, allowing to validate them.