Contrôle d’une structure de traction/recharge pour véhicule électrique hybride

Control of a Traction/Charging Structure for a Hybrid Electric Vehicle

• Auteur / Autrice : Saeid Aghaei Hashjin
• Direction : Babak Nahid-Mobarakeh, El Hadj Miliani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 06/11/2020
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine (1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherche en énergie électrique de Nancy (Vandœuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Alexandre de Bernardinis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Babak Nahid-Mobarakeh, El Hadj Miliani, Daniela Chrenko, Karim Ait Abderrahim, Ouafae El Ganaoui
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alexandre de Bernardinis, Daniela Chrenko

Mots clés

Mots clés contrôlés

Véhicules automobiles -- Capteurs

Commande automatique

Actionneurs

Moteurs électriques

Véhicules électriques hybrides

Mots clés libres

Moteur électrique

Commande sans capteur

Model-free control

Modèle électrique

Véhicule électrique

Electric machine

Sensorless control

Model-free control

Electric model

Electric vehicle

Résumé

L’électrification des moyens de transport est considérée comme l’une des solutions pertinentes pour réduire les émissions des gaz à effet de serre. En effet, les nouvelles normes européennes imposent des limites de plus en plus restrictives sur les émissions de CO2 par km. Ceci est un enjeu industriel important pour les constructeurs d’automobiles. Par conséquent, ces derniers s’orientent vers les véhicules hybrides et électriques dans lesquels une chaine de traction électrique est présente. Celle-ci est constituée d’une machine électrique, alimentée par un convertisseur statique d’électronique de puissance connecté à une source d’énergie électrique et des éléments de stockage. Depuis plus de deux décennies, différentes topologies ont été étudiées pour la traction électrique et plusieurs solutions ont été commercialisées. Ces produits sont de plus en plus légers, fiables et efficaces tout en respectant les contraintes des constructeurs d’automobile sur les coûts. Cette thèse s’inscrit sur l’amélioration de la fiabilité des chaînes de conversion d’énergie électromécanique. Le travail de thèse a pour objectif de poursuivre le développement de nouvelles lois de commande d’actionneur assurant une meilleure fiabilité de la chaîne de traction. Dans cette optique, réduire le nombre de capteurs de la chaîne de conversion dans la commande sera envisagée. En effet, il existe déjà des capteurs de courant dans les chaînes de traction. Cependant, ceux-ci engendrent des surcoûts importants à cause de leurs défaillances fréquentes et la nécessité de remplacement très couteuse. Ainsi l’étude réalisée de commande de machine synchrone à griffes sans capteur de courant permet la suppression des capteurs du stator de la machine et donc de s’affranchir de leur coût. Dans cette thèse, le model-free adaptive Controller (MFAC) est présenté pour être utilisé dans le contrôle de la chaîne de conversion pour réduire le nombre de capteurs. À cet égard, MFAC est utilisé dans deux approches différentes. Premièrement, il a été utilisé pour le contrôle d'un système WRSM, avec et sans capteurs de courant supplémentaires. Puis, il a été utilisé pour le contrôle des convertisseurs de puissance utilisés dans la chaîne de conversion. Les résultats expérimentaux, obtenus sur un banc de test réalisé en laboratoire, sont concluants en régime établi : les courants non mesurés sont contrôlés avec une précision satisfaisante pour une application automobile et permettent le contrôle sans capteur de courant de la machine. En plus, une performance satisfaisante du MFAC est également obtenue pour commander les convertisseurs de puissance avec un seul capteur de tension.

The electrification of the transportation is one of the relevant solutions to reduce greenhouse gas emissions. Indeed, new European standards impose increasingly restrictive limits on CO2 emissions per km. This is an important industrial issue for automobile manufacturers. Therefore, the industries are moving towards hybrid and electric vehicles in which an electric traction chain is present. This consists of an electrical machine, powered by a static power electronic converter connected to an electrical energy source and storage elements. For more than two decades, different topologies have been studied for electric traction and several solutions have been marketed. These products are increasingly light, reliable and efficient while respecting the constraints of the automobile manufacturers on the costs. This thesis focuses on improving the reliability of electromechanical energy conversion chains. The objective of the thesis is to continue the development of new actuator control laws ensuring better reliability of the traction chain. With this in mind, reducing the number of sensors in control of the conversion chain will be considered. In fact, there are already current sensors in traction chains. However, these generate significant additional costs because of their frequent failures and the need for replacement. Thus, current sensorless control of the AC drive systems allows the elimination of the sensors of the stator of the machine and therefore to avoid their cost. In this thesis, the model-free adaptive controller (MFAC) is presented to be used in the control of the conversion chain to reduce the number of sensors. In this regard, MFAC is used in two different approaches. First, it is used for controlling a WRSM system, with and without additional current sensors. Then, it is used for the control of the power converters used in the conversion chain. The experimental results, obtained on a test bench built in the laboratory, are conclusive in transient and steady-state: the unmeasured currents are converged with a satisfying precision for an automotive application and allow performing a current sensorless control of the machine. In addition, a satisfactory performance of MFAC is also obtained for controlling the power converters with only using one voltage sensor.