Caractérisation et modélisation des systèmes de charge sans contact du véhicule éclectrique en mouvement pour l'évaluation des champs magnétiques générés.

Characterization and modeling of dynamic wireless charging systems of electric vehicle to evaluate the generated magnetic fields

• Auteur / Autrice : Salim Guerroudj
• Direction : Zouheir Riah
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, microelectronique, optique et lasers, optoelectronique microondes robotique
• Date : Soutenance le 17/11/2020
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mathématiques, information et ingénierie des systèmes (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation de la thèse : Université de Rouen Normandie (1966-....) - Ecole supérieure d'ingénieurs en génie électrique (Rouen)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en systèmes électroniques embarqués (Saint-Étienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 2001-...)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Zouheir Riah, Fabien Ndagijimana, Lionel Pichon, Christian Vollaire, Habib Boulzazen, Virginie Deniau, Leyla Arioua
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabien Ndagijimana, Lionel Pichon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Induction magnétique

Champs magnétiques

Transfert d'énergie sans fil

Champs électromagnétiques

Compatibilité électromagnétique

Mots clés libres

Modélisation

Champs magnétiques

Recharge dynamique sans contact

Caractérisation

Compatibilité électromagnétique

Modeling

Magnetic fields

Dynamic wireless charging

Characterization

Electromagnetic compatibility

Résumé

Dans cette thèse, nous abordons la question des champs magnétiques générés par les systèmes de transfert d’énergie sans contact pour les véhicules en mouvement. En effet, ces systèmes utilisent de fortes puissances afin de transférer le plus d’énergie possible en un laps de temps très court, par conséquent, les champs magnétiques mis en jeu sont très intenses et peuvent être nocifs pour la santé humaine. L’objectif des travaux présentés dans ce document est de développer une plateforme de simulation, permettant d’obtenir la répartition des champs magnétiques autour du coupleur pour des systèmes génériques (indépendant de la géométrie ou de la fréquence), afin de mettre en place les périmètres de sécurité visant à garantir la sécurité physique des usagers. Les chapitres de ce manuscrit illustrent, étape par étape, la modélisation, la cosimulation et la validation expérimentale d’un système de charge sans contact simplifié en mouvement. En effet, d’une part une méthodologie de modélisation du coupleur conjuguée à la simulation globale du système de charge sans contact est proposée, et d’autre part, un modèle analytique est développé permettant de calculer les courants induits dans le secondaire d’une configuration simpliste du coupleur, ce modèle se distingue par un temps de résolution très court et des résultats très précis. Afin de valider l’approche de modélisation développée, un banc de test expérimental est réalisé. Les grandeurs électriques (courants, tensions) et magnétiques (inductances, induction magnétique) calculées numériquement sont confrontées aux mesures réalisées sur ce banc, dans le but d’attester de la précision des modèles de simulation et du modèle analytique proposés.

This thesis deals with the magnetic fields generated in the vicinity of a dynamic wireless power transfer system for electric vehicles. The objective of this work is to develop a novel methodology dedicated to these systems, fully independent of the characteristics of the system (i.e. geometry and frequency). The magnetic fields generated by such systems can be harmful to human health, since they are induced by high intensity currents in order to transfer high power in short ranges, thus the assessment of the magnetic fields in vicinity of the system is critical for this technology. The chapters of this thesis describe step by step, the modeling, the co-simulation and the experimental validation of a simplified dynamic wireless power transfer system. Indeed, a modeling methodology of the coupler considering the simulation of the whole system is suggested. Furthermore, an analytical model was developed especially for these systems, in order to get the induced current in a short time for any generic system. For the purpose of approving the modeling approach, an experimental bench consisting of a real scale dynamic wireless power transfer system was designed in order to compare the electric (current, voltage) and the magnetic quantities (inductance, magnetic induction) obtained from the simulation and from the experimental data.