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Les
membres du Jury :
M. Pascal VENET(Rapporteur)
M. Jean-Michel VINASSA (Rapporteur)
M. Christophe FORGEZ
M. Stéphane LEFEBVRE
M. Eric MONMASSON (Directeur de thèse)
M. Nicolas PATIN (Co-Directeur de thèse)
Résumé
de la thèse:
Ce
mémoire est consacré à la modélisation des condensateurs électrolytiques
aluminium dédiés à des applications à hautes températures ainsi
qu’à la compréhension de leur vieillissement lors d’utilisations
réalistes. En effet, dans le cas d’onduleur de traction de véhicule
électrique, les sollicitations, notamment en température, peuvent
être parfois très variables. Ce type de stress a déjà été beaucoup
étudié sur des composants actifs mais pas encore sur des passifs
tels que les condensateurs de découplage. Or, il se trouve que pour
ce type d’applications, ces derniers sont la plupart du temps de
type électrolytiques aluminium, technologie étant parmi les plus
fragiles.
Par conséquent, ce manuscrit propose tout d’abord une nouvelle modélisation
électrique s’appuyant des phénomènes de diffusion permettant d’obtenir
une représentation très précise de l’impédance de ces condensateurs
et également de mieux comprendre les phénomènes physiques mis en
jeu. Compte-tenu de leur forte dépendance en température, la modélisation
thermique couplée au modèle électrique est également traitée. Le
but premier est de développer un outil permettant d’estimer précisément
les pertes à chaque instant dans le condensateur pour permettre
au contrôleur d’ajuster la température de ce dernier par une modification
de la stratégie MLI. Une méthode d’identification en ligne est alors
proposée par l’utilisation de filtres de Kalman conjoints avec de
très bons résultats obtenus en simulation. Le dimensionnement ainsi
que la création d’un banc de cyclage accéléré est développé et une
comparaison du vieillissement obtenus après 12 000 heures entre
des composants cyclés thermiquement et d’autres non cyclés est donnée.
Les résultats montrent une très bonne tenue dans le temps des condensateurs
étudiés (PEG225MF470Q de Kemet©) que ce soit au niveau de l’impédance
ou bien visuellement avec néanmoins un impact du cyclage thermique
non négligeable.
Abstract
:
This
thesis is devoted to the modeling of aluminum electrolytic capacitors
dedicated to high temperatures. The purpose is also to understand
their ageing while submitted to realistic use. Indeed, in the case
of electric vehicle traction inverter, solicitations like temperature
can vary a lot. This type of stress has already been studied for
active components, but not yet on passive ones such as decoupling
capacitors. However, it turns out that for this kind of application,
they are most of the time aluminum electrolytic capacitors which
is among the weakest technology.
Consequently, this manuscript proposes at first a new electric model
based on a diffusion phenomena which leads to a very accurate impedance
description. It permits also a better understanding of the physical
phenomena involved in these components. Because of their important
temperature dependence, thermal modeling coupled to the electric
model is also discussed. The very first purpose is to develop a
tool that is able to estimate losses accurately at every moment.
Thanks to it, the controller could so change the PWM strategy in
order to act on the temperature. An online identification method
is then proposed with the use of joint Kalman filters which led
to very good results in simulation. The design and the creation
of an accelerated cycling bench is developed and comparisons about
the ageing obtained after 12 000 hours between thermally cycled
components and others non-cycled are given. Results show a very
good stability over time of the studied capacitors (PEG225MF470Q
Kemet©) either on the impedance or visually. Nevertheless a significant
impact can be observed on the cycled ones.
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