Synthèse de stratégies de modulation visant à réduire le stress d'origine thermique des condensateurs électrochimiques dans un onduleur embarqué.

 

Doctorant : Romain COUSSEAU

Directeur de thèse : Eric MONMASSON

Encadrant : Nicolas PATIN

Début de la thèse : 1er octobre 2012

 

Les condensateurs électrochimiques sont généralement les constituants indispensables au filtrage de la tension appliquée en entrée d'un onduleur. Dans le contexte de l'embarqué (onduleur utilisé pour la traction pour un véhicule électrique ou hybride), ces composants peuvent représenter une part importante du volume global du convertisseur. En outre, ces composants sont généralement chers et fragiles. Des recherches ont dores et déjà montré qu'avec une stratégie de modulation adaptée, on peut fortement réduire les courants circulant dans ces composants par rapport à une stratégie de MLI vectorielle barycentrique. Il a d'ailleurs été montré que des gains significatifs peuvent être atteints pour la plage complète d'utilisation d'un ensemble convertisseur/machine à " bon facteur de puissance ".

Toutefois, ces recherches ont été menées sur la base d'une recherche de courant efficace minimal dans les condensateurs quel que soit le point de fonctionnement du système. Or, un tel choix conduit inévitablement à une fluctuation de ce courant en régime de fonctionnement variable (véhicule en cycle urbain par exemple). Cette variation du courant induit inévitablement des variations de pertes qui elles-mêmes induisent des variations de température des composants.

Les études concernant la fiabilité/durée de vie des condensateurs sont généralement menées en régime de fonctionnement permanent (tout du moins faiblement variable ou lentement variable). Dans d'autres composants (semiconducteurs tout particulièrement), il est établi de par leur nature hétérogène que le cyclage induit un stress thermo-mécanique et un vieillissement par fatigue non pris en compte dans les calculs de vieillissement sur la base d'un fonctionnement à régime constant. Ce genre de mécanisme de vieillissement ne peut pas être écarté pour les condensateurs électrochimiques et mérite d'être investigué.

L'objectif de cette thèse est par conséquent double :

• Développer des stratégies permettant non pas de minimiser le courant efficace dans les condensateurs mais plutôt de la maintenir à un niveau quasi-constant sur une plage de fonctionnement aussi large que possible
• Vérifier sur banc d'essai si un différentiel de vieillissement existe entre un condensateur soumis à un régime de fonctionnement constant et un autre en régime variable.

Les stratégies développées dans cette thèse nécessitant a priori des calculs relativement lourds à mener en temps réel et potentiellement parallélisables, la cible de choix pour une implantation est le FPGA et une part importante de la réflexion à mener sera consacrée à l'architecture du contrôleur.