Étude d'une chaîne de traction électrique tolérante aux pannes pour le véhicule électrique

Study of a fault-tolerant Powertrain for an Electric Vehicle

• Auteur / Autrice : Daniel Galvis castellanos
• Direction : Marc Cousineau, Guillaume Gateau
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie Electrique
• Date : Inscription en doctorat le 17/10/2022
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique et télécommunications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LAPLACE - Laboratoire PLAsma et Conversion d'Énergie
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : CS - Groupe Convertisseurs statiques
• Partenaire(s) de recherche : établissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national polytechnique (Toulouse ; 1969-....)

Mots clés

Mots clés libres

Chaîne de traction électrique d'un VE

Sûreté de Fonctionnement

Tolérance aux pannes

Principes de Reconfiguration

Batterie HT

Onduleur Multi-niveaux

Powertrain of an EV

Functional Safety

Fault Tolerance

Principles of Reconfiguration

HV Battery

Multilevel Inverter

Résumé

L'obtention d'une chaîne de traction électrique tolérante aux pannes et à haut niveau de sûreté de fonctionnement devient un enjeu majeur aujourd'hui pour le marché automobile. Il est en effet nécessaire de pouvoir garantir à l'utilisateur, en toutes circonstances, de disposer du temps nécessaire pour pouvoir mettre à l'arrêt son véhicule en toute sécurité dans un endroit également sûr (voie de dégagement, d'arrêt d'urgence). Il est alors impératif, en cas de défaillance technique, de garantir la disponibilité du moteur et des organes de conduite (direction, freinage), au moins le temps nécessaire pour pouvoir se garer. Dans les groupes motopropulseurs du véhicule électrique actuel, une défaillance provenant soit de la batterie Haute-Tension (400V), soit de l'onduleur moteur, entraîne une perte immédiate de propulsion et de disponibilité des organes de conduite. Les tendances des futures plates-formes d'électrification sont d'augmenter cette disponibilité avec des systèmes tolérants aux pannes pour cibler le marché de la conduite autonome. L'objectif de ces travaux de thèse sera d'identifier un système de groupe motopropulseur tolérant aux pannes pour le véhicule électrique et autonome. Le concept sera basé sur l'usage de structures modulaires au sein des éléments batterie et onduleur de traction, modularité offerte par l'usage de topologies multi-niveaux par exemple, permettant d'envisager des modes de reconfiguration. Ces approches de conception modulaire devraient permettre d'atteindre le niveau de sûreté de fonctionnement souhaité sans pour autant imposer un surcoût de production important.

Obtaining a fault-tolerant powertrain with a high level of functional safety is becoming a major challenge for the automotive market today. It is necessary to be able to guarantee to the user, in all circumstances, the necessary time to bring his/her vehicle to a stop in complete safety in an equally safe place (escape route, emergency stop). It is then imperative, in case of technical failure, to guarantee the availability of the engine and the driving parts (steering, braking), at least the time necessary to be able to park. In today's electric vehicle powertrains, a failure in either the high-voltage (400V) battery or the motor inverter results in an immediate loss of propulsion and driveability. The trend in future electrification platforms is to increase this availability with fault tolerant systems to target the autonomous driving market. The objective of this thesis work will be to identify a fault tolerant powertrain system for the electric and autonomous vehicle. The concept will be based on the use of modular structures within the battery and traction inverter elements, modularity offered by the use of multi-level topologies for example, allowing to consider reconfiguration modes. These modular design approaches should enable the desired level of functional safety to be achieved without imposing a significant production cost.