Fast on-board integrated chargers for electric vehicles

par Nadim Sakr

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Daniel Sadarnac.

Le président du jury était Alfred Rufer.

Le jury était composé de Daniel Sadarnac, Hadi Kanaan, Thierry Meynard, Charif Karimi, Kamal al- Haddad, Eric Labouré, Alain Gascher.

Les rapporteurs étaient Hadi Kanaan, Thierry Meynard.

  • Titre traduit

    Chargeur rapide intégré pour véhicule électrique


  • Résumé

    L'autonomie moyenne des voitures électriques commercialisées actuellement reste limitée par rapport aux véhicules thermiques. Pour pallier ce problème, la capacité de la batterie peut être augmentée ou bien la charge peut être facilitée en réduisant le temps de charge et ceci en augmentant la puissance de charge.L'infrastructure de charge rapide de type DC étant encore limitée, un progrès considérable consiste à embarquer le chargeur dans le véhicule en réutilisant tout, ou une partie de l'électronique de puissance déjà disponible pour propulser le véhicule. Le chargeur est alors nommé chargeur intégré.Au cours des dernières années, plusieurs chargeurs intégrés ont été proposés, mais peu d'entre eux ont été industrialisés vue qu'ils présentent des inconvénients que l'on cherchera à surmonter ou réduire.Dans le cadre de cette thèse notre objectif principal est donc de concevoir une nouvelle topologie de convertisseur permettant la charge de la batterie à moindre coût.Plusieurs idées permettant l'innovation sont proposées et une solution répondant au mieux au cahier de charges est retenue. Cette topologie est étudiée en détails (contrôle, dimensionnement, harmoniques, CEM, etc.). Finalement un prototype est réalisé pour valider le concept proposé.


  • Résumé

    To date, the range autonomy of most electric vehicles is still lower than conventional fuel based vehicles and charging times are significantly longer. To overcome this problem, battery capacity could be increased but more importantly high power fast charging should be accessible everywhere.The widespread deployment of public DC fast charging stations is still difficult to achieve. So, in order to have a better spreading of the charge spots and a better coverage, it is also necessary for the vehicle to be charged from an on-board charger that could be plugged into three-phase AC power outlets.Furthermore, because the battery is charged only when the car is parked -except for regeneration at braking-, using the on-board traction system components to form an integrated charging device is possible. This kind of topology is called an integrated charger which allows designing a charger small enough to be embedded in a vehicle at an affordable cost.Several non-isolated on-board integrated charging topologies are proposed in this thesis and the one that best meets some predefined specifications is selected. This topology is studied in details and validated by simulation software. A laboratory prototype is also built to verify the performance of this multi-purpose traction/charger converter.


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