Développement de chargeurs intégrés pour véhicules hybrides plug-in

Development of integrated chargers for plug-in hybrid vehicles

• Auteur / Autrice : Mounir Marzouk
• Direction : Jean-Paul Ferrieux, David Frey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 08/10/2015
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Machmoum
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Paul Ferrieux, David Frey, Julien Richer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillaume Gateau, Jean Paul Gaubert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chargeurs de batteries

Véhicules électriques hybrides

Mots clés libres

Véhicule hybride plug-in

Chargeur de batterie

NPC 3 à niveaux

Redresseur MLI entrelacé

Redresseur double-boost

Absorption sinusoïdale

Correcteurs résonants

Dimensionnement

Éléments passifs

Convertisseur à double ponts actifs isolé

Plug-in hybrid vehicle

Battery charger

3-level NPC

PWM interleaved inverter

Double-boost inverter

Power factor correction (PFC)

Resonant controllers

Design

Passive elements

Dual active bridge (DAB)

Résumé

Ces travaux de thèse consistent en la conception et la réalisation d’une chaîne de tractionintégrée pour véhicule hybride plug-in. L’étude s’oriente vers une solution de convertisseur mutualisé,dans l’objectif de partager la traction et les modes chargeurs de batteries, la structure en NPC à 3niveaux est retenue. Le chargeur monophasé se base une topologie de redresseur à MLI monophaséavec trois bras entrelacés, avec l’utilisation des enroulements du moteur pour le filtrage. En chargeurtriphasé nous adaptons la topologie pour réaliser un montage en double boost triphasé. Pour chaqueconfiguration, les passifs sont dimensionnés pour répondre aux contraintes en courant BF et HF. Lecontrôle adopté se base sur les correcteurs résonants. Enfin, un prototype de 5 kW a été réalisé pourvalider les différents modes de l’application.Dans une seconde partie, nous proposons une solution de chargeur isolé sans étage continu auprimaire à double ponts actifs (DAB). La topologie est modélisée au premier harmonique et unecommande assurant l’absorption sinusoïdale est étudiée. Une configuration isolée triphasée permetl’accès aux puissances plus élevées ainsi que la réduction des ondulations de courant BF en sortie.

This thesis consists on the design and realization of a plug-in hybrid vehicle integrated tractiondrive supply. The work turns to a solution of a mutualized converter, in the objective to imagine asolution which shared drive and battery chargers modes, the three-level NPC topology has beenretained. The single phase charger is based on an interleaved PWM rectifier, and motor windings areused as smoothing inductors. A double-boost PFC configuration is introduced to ensure the threephasecharger. Passives are sized in each configuration in order to take in account the whole currentconstraints (LF and HF). The PFC behavior is based on the resonant controllers. Then, a 5 kWprototype has been realized to validate the different application modes.In a second part, a single-stage isolated charger based on a Dual-Active-Bridge (DAB) isproposed. The topology is modeled to the fundamental and the PFC control law is studied. A threephaseconfiguration is simulated in order to achieve higher charging powers and to reduce batterycurrent low-frequency ripple.