UNIVERSITE DE TECHNOLOGIE DE BELFORT

Thèse N° 245
UNIVERSITE DE TECHNOLOGIE DE BELFORT-MONTBELIARD
Ecole Doctorale « Sciences Physiques Pour l’Ingénieur et
Microtechniques »
Laboratoire IRTES-SeT
AVIS DE SOUTENANCE
Monsieur Damien GUILBERT
Soutiendra
le Lundi 1er décembre 2014 à 10 h 00 – Amphithéâtre I102– Belfort
une thèse, en vue d'obtenir le DOCTORAT DELIVRE PAR L'UNIVERSITE
DE TECHNOLOGIE DE BELFORT-MONTBELIARD
EN GENIE ELECTRIQUE sur le sujet suivant :
"Tolérance aux défauts et optimisation des convertisseurs DC/DC pour
véhicules électriques à pile à combustible"
"Fault tolerance and optimization of DC/DC converters for fuel cell electric
vehicles"
Le Jury est composé de
Monsieur Hamid GUALOUS
Professeur des Universités
Institut Universitaire de Technologie de
Cherbourg-Manche
Rapporteur
Monsieur Mohamed BENBOUZID
Professeur des Universités
Institut Universitaire de Technologie de
Brest
Monsieur Abdesslem DJERDIR
Maître de Conférences HDR
Université de Technologie de BelfortMontbéliard
Monsieur Abdoul N’DIAYE
Docteur
Université de Technologie de BelfortMontbéliard
La soutenance est publique
Monsieur Gianpaolo VITALE
Senior Researcher
Institute of Intelligent Systems for Automation
de Palerme (Italie)
Rapporteur
Monsieur Omar BOUHALI
Maître de Conférences HDR
Université de Jijel (Algérie)
Monsieur Arnaud GAILLARD
Maître de Conférences
Université de Technologie de BelfortMontbéliard
Monsieur Pascal VENET
Professeur des Universités
Université Claude Bernard de Lyon 1
Résumé
Ces dernières années, la fiabilité et la continuité de service des chaînes de traction sont
devenus des défis majeurs afin que les véhicules électriques puissent accéder au marché grand
public de l’automobile. En effet, la présence de défauts dans les chaînes de traction peut
conduire à des dysfonctionnements dans les véhicules et ainsi réduire ses performances par
rapport aux véhicules conventionnels. Dans l’hypothèse où des défauts électriques se
produisaient, les chaînes de traction des véhicules électriques à pile à combustible devraient
inclure des topologies et/ou contrôles tolérants aux défauts pour les différents convertisseurs
DC/DC et DC/AC. Dans le cadre de ce travail de recherche, un focus est fait sur le
convertisseur DC/DC associé à la pile à combustible de la chaine de traction. Ce dernier doit
répondre aux problématiques majeures des applications véhicule électrique à pile à
combustible à savoir : faible masse et petit volume, haute efficacité énergétique, réduction de
l’ondulation de courant d’entrée et fiabilité. A la base d’une recherche bibliographique
poussée sur les structures non-isolées et isolées appropriées pour des applications PàC, une
topologie de convertisseur DC/DC entrelacé a été choisie permettant de respecter les
contraintes des véhicules électriques à pile à combustible.
Ce travail de thèse a ensuite consisté à dimensionner et contrôler la structure de convertisseur
DC/DC tolérante aux défauts choisie pour les véhicules à PàC. Des algorithmes de gestion des
modes dégradés de ce convertisseur ont été développés et implémentés expérimentalement. A
ce titre, l’interaction PàC-convertisseur DC/DC a été étudiée. Une approche théorique, de
simulation et expérimentale a été mise en œuvre pour mener à bien ce travail.
Abstract
Over the last years, reliability and continuity of service of powertrains have become major
challenge so that the fuel cell electric vehicles (CFEV) can access to the mass automotive
market. Indeed, the presence of faults in powertrains can lead up to malfunctions in the
vehicle and consequently reduce its performances compared with conventional vehicles. In
the case of electrical faults, powertrains of FCEV have to include fault tolerant topology
and/or control for the different DC/DC and DC/AC converters. Within the framework of this
research work, the study is focused on DC/DC converter combined with a Proton Exchange
Membrane Fuel Cell (PEMFC). The DC/DC converter must respond to challenging issues in
FCEV applications such as: low weight and small volume, high energy efficiency, fuel cell
current ripple reduction and reliability. Basing on a thorough bibliographical study on nonisolated and isolated DC/DC converter topologies, an interleaved DC/DC boost converter has
been chosen, meeting the FCEV requirements.
The purpose of this thesis has then consisted in sizing and controlling the chosen fault-tolerant
DC/DC converter topology for FCEVs. Algorithms for degraded mode management of this
converter have been developed and implemented experimentally. As such, the interaction
between PEMFC and interleaved DC/DC boost converter has been investigated. A theoretical
approach, simulation and experimental results have been carried out to complete this work.