Contribution au diagnostic des systèmes de conversion électrique : application au convertisseur DC/DC utilisé dans les véhicules électriques hybrides

Contribution to the diagnosis of power conversion systems : application to DC/DC converter used in hybrid electric vehicles

• Auteur / Autrice : Hiba Al-Sheikh
• Direction : Ghaleb Hoblos, Nazih Moubayed
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique/Electronique
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Rouen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en systèmes électroniques embarqués (Saint-Étienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 2001-...)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Ecole supérieure d'ingénieurs en génie électrique (Rouen)
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vicenç Puig Cayuela, Abdelouahab Aitouche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électronique de puissance

Véhicules électriques hybrides

Kalman, Filtrage de

Véhicules automobiles -- Capteurs

Semiconducteurs -- Défauts

Convertisseurs continu-continu

Résumé

Les progrès récents dans l'électronique de puissance ont joué un rôle majeur dans l'évolution de véhicules électriques hybrides. Aujourd'hui, les convertisseurs statiques sont largement utilisés dans les véhicules hybrides pour convertir l'alimentation à différents niveaux afin de contrôler le véhicule aux différents points de fonctionnement souhaités. Avec cette utilisation croissante des convertisseurs statiques dans les véhicules hybrides modernes augmente le besoin de méthodes efficaces de surveillance et de diagnostic de panne pour assurer la fiabilité, la sécurité et la disponibilité du groupe motopropulseur électrique automobile. Ainsi, cette thèse contribue au diagnostic de défauts des systèmes de convertisseurs de puissance. L'objectif est d’élaborer une stratégie de diagnostic approprié avec application à un convertisseur DC / DC à l’interface d'un système de stockage d'énergie hybride, batterie / supercondensateur, et la chaîne de traction électrique dans un véhicule électrique hybride. En premier temps, une approche de diagnostic de défauts capteurs par un banc de filtres de Kalman pour un système à commutations a été proposée. Pour la détection, un test GLR avec un seuillage utilisant les courbes ROC visant à diminuer la probabilité de fausses alarmes et augmenter la probabilité de bonne détection est proposé. En deuxième temps, les mesures existantes ont été aussi utilisées dans un schéma de traitement du signal sans modèle pour détecter et identifier les défauts de semiconducteurs de puissance du convertisseur utilisé. Enfin, les approches proposées ont été testées sur un prototype réalisé du convertisseur étudié.

Recent advances in power electronics played a major role in the progress of hybrid electric vehicles. Nowadays, power converters are being intensively used in hybrid vehicles to convert power at different levels and to drive various loads. With this intensive use of power converters in modern hybrid vehicles rises the need for efficient methods of condition monitoring and fault diagnosis to ensure the reliability, safety, and availability of the automotive electrical powertrain. Thus, this dissertation contributes to the diagnosis of faults in power converter systems. The objective is to come up with a diagnostic strategy suitable for power electronics converters and apply it to a DC/DC converter interfacing a hybrid battery/ultracapacitor energy storage system and the electric traction drive in a hybrid electric vehicle. First, a sensor fault diagnosis scheme that utilizes a bank of Kalman filters suitable for switching systems is proposed. For fault detection, a GLR test with a threshold determined using ROC curves is proposed to reduce the likelihood of false alarms and increase the probability of correct detection. Second, the existing measurements were further utilized in a model-free signal-processing scheme to detect and identify power semiconductor faults in the converter. Finally, the proposed approaches were tested on a prototype of the examined power converter.