Méthodologie de conception de convertisseur DC-DC isolé et régulé basse tension - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Design methodology of isolated and regulated low voltage DC-DC converters

Méthodologie de conception de convertisseur DC-DC isolé et régulé basse tension

Résumé

The proposed work is related to an innovative powertrain architecture dedicated to electric vehicles. It aims to associate a set of Li-ion cells and an electric machine through a group of DC-DC converters. This approach allows the use of smaller voltage steps compared to conventional topologies. It increases the reliability of the motor as well as the efficiency of the powertrain. The proposed solution is a multicellular structure comprising low power and low voltage converters. They manage the energy transfer on a group of cells of the battery rather than on all of its elements.This unconventional architecture can only be viable if all the on-board electrical loads can be powered (12 V DC network). Thus, this thesis aims to provide a set of optimal converters to supply the needed energy. The study of the input and output voltage levels leads to the choice of a parallel structure comprising two converters ensuring respectively the power transfer and its regulation. The topology of the main converter is then studied in order to choose the best candidate according to the specifications. Finally, a magnetic component design tool is developed to allow the optimization of its transformer. This software uses two 2D finite elements methods that requires less calculation time than a three dimensional technic while enhancing the precision compared to a traditional single 2D one.A three-phase variant of the converter which increases the transferred power and the power density is also proposed.
Les travaux proposés sont liés à une architecture de chaîne de traction innovante. Celle-ci permet d’associer un ensemble de cellules Li-ion à une machine électrique de traction au travers de convertisseurs statiques permettant une commande dont la granulométrie est plus fine que celle des architectures conventionnelles. Dans la solution proposée, la gestion de l’énergie prélevée à la batterie d’accumulateur est fractionnée et réalisée par un ensemble de convertisseurs (structure multicellulaire) de faible puissance et de faible tension. Ceux-ci gèrent les transferts d’énergie sur un groupe de cellule de la batterie plutôt que sur l’ensemble des éléments. Cette architecture non conventionnelle ne peut être viable que si l’ensemble des charges électriques embarquées peuvent être alimentées (réseau continu 12 V). Ainsi, cette thèse vise à fournir un ensemble de convertisseurs optimums pour réaliser cette fonction. L’étude des niveaux de tensions adressables mène au choix d’une structure parallèle comportant deux convertisseurs assurant respectivement le transfert de puissance et sa régulation. La topologie du convertisseur principal est ensuite étudiée afin de choisir le meilleur candidat au vu du cahier des charges. Finalement, un outil de dimensionnement de composant magnétique est développé afin de permettre l’optimisation de celui-ci. Cet outil permet d’employer des techniques de simulation par éléments finis en deux dimensions qui nécessitent des temps de calculs moins long qu’une analyse tridimensionnelle en limitant la perte de précision. Une variante triphasée de convertisseur permettant d’augmenter la puissance transférée est également proposée.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03616260 , version 1 (22-03-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03616260 , version 1

Citer

Benjamin Loyer. Méthodologie de conception de convertisseur DC-DC isolé et régulé basse tension. Electronique. Université Paris-Saclay, 2021. Français. ⟨NNT : 2021UPAST105⟩. ⟨tel-03616260⟩
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