Exploration et étude comparative des architectures de convertisseur à puissance partielles pour la traction électrique (Ref N° 09)

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : CLIMAT, ENVIRONNEMENT ET ÉCONOMIE CIRCULAIRE, ÉNERGIES RENOUVELABLES, MOBILITÉ DURABLE et HYDROCARBURES RESPONSABLES.

L’engagement d’IFPEN en faveur d’un mix énergétique durable se traduit par des actions visant :

• à gagner en efficacité énergétique ;
• à réduire les émissions de CO2 et de polluants ;
• à améliorer l’empreinte environnementale de l’industrie et des transports ;

tout en répondant à la demande mondiale en mobilité, en énergie et en produits pour la chimie.

Dans cet objectif, IFPEN développe des solutions permettant, d’une part, d’utiliser des sources d’énergie alternatives et, d’autre part, d’améliorer les technologies existantes liées à l’exploitation des énergies fossiles.

Exploration et étude comparative des architectures de convertisseur à puissance partielles pour la traction électrique

Les convertisseurs d’électroniques de puissance embarqués dans les véhicules électrique se doivent de respecter de plus en plus de contraintes de performance énergétique, d’encombrement, de fiabilité et de coût.  A ce titre, l’onduleur, constituant de la chaine de traction, est souvent un onduleur à deux niveaux de tension interfacé directement à la batterie. Cette solution bien que mature et peu couteuse, impose de subir une des fluctuations de la tension de batterie en fonction de son état de charge, pouvant impacter les points de fonctionnement accessibles.

Une solution utilisée dans l’industrie est d’interfacer un étage d’élévation DC-DC Boost en amont de l’onduleur afin de bénéficier d’une tension de bus régulée alimentant l’onduleur indépendamment des fluctuations de charge. Cependant, l’introduction d’un second étage de conversion est coûteuse et diminue le rendement de la chaine de traction.

Les architectures dites à « puissance partielle » apparaissent comme une alternative prometteuse aux topologies conventionnelles. Ces architectures permettent de transférer seulement une fraction de la puissance totale à travers un convertisseur actif, le reste circulant via un chemin direct, sans engendrer de pertes. Cette approche peut donc présenter un avantage potentiel en rendement global de conversion ainsi dans le dimensionnement des convertisseurs au regard des contraintes sur les composants actifs demandées.

Objectifs du stage :

Ce stage a pour objectif d’étudier la faisabilité de la mise en œuvre d’un convertisseur à puissance partielle dans la chaine de traction. Cette étude doit permettre de quantifier le potentiel avantage en rendement d’une solution à puissance partielle, ainsi que ces inconvénients en coûts et en encombrement.

Pour cela, il sera nécessaire de comparer différentes architectures à puissance partielle, en tenant compte des différents modes d’interconnexions possible (ISOP, IPOS, etc.) et également de l’impact de l’ajout éventuel de convertisseur auxiliaires Buck, Boost ou Buck-Boost, pour assurer le pilotage de la tension de bus. Une modélisation analytique des solutions étudiées, de leur modulation et de leur contrôle devra être réalisée. Enfin, une étude de rendement de cette architecture sera réalisée, et une attention particulière sera portée à la comparaison à la structure plus conventionnelle du Boost interfacé en amont de l’onduleur. En fonction de l’avancement, un prototypage d’une solution, en vue de sa validation expérimentale, pourra être envisagée.

Le stage proposé pourra évoluer vers une thèse dédiée à l’analyse d’une chaîne de traction intégrant un convertisseur DC-DC innovant. Ce dernier permettrait d’avoir le degré de liberté pour optimiser en temps réel le fonctionnement des convertisseurs de traction électrique selon différents critères.

Profil recherché :

Étudiant(e) en Master 2 ou dernière année d’école d’ingénieurs en génie électrique, avec des connaissances solides en électronique de puissance.

• Connaissances solides des topologies usuelles de convertisseur statique d’électronique de puissance
• Connaissance dans le pilotage et contrôle de convertisseurs et des machines électriques.
• Maitrises des logiciels de simulation (MatLab/Simulink, LTSpice, etc.).
• Curiosité et esprit d’initiative

Mots-clefs : Électronique de puissance, Onduleur, DC-DC, convertisseur à puissance partielle, modélisation, chaîne de traction électrique.

Durée et lieu du stage : Durée de 6 mois, entre mars et août 2026, à Rueil-Malmaison.