Commande et dimensionnement d’un système de propulsion électrique à base d’onduleur de courant et d’une pile à combustible

Lieu : LAAS-CNRS (Toulouse) en collaboration avec Safran Tech
Durée : 6 mois
Niveau : Master 2 Recherche / École d'Ingénieur
Perspective : Possibilité de poursuite en thèse CIFRE au sein de Safran Tech

Contacts : Damian Sal Y Rosas

Contexte

L'onduleur source de courant (CSI) est une topologie de convertisseur de puissance prometteuse, d’après l’état de l’art récent, offrant une forme d'onde de tension de sortie plus propre, une meilleure tolérance aux pannes et une capacité de fonctionnement à plus haute température que les onduleurs à source de tension (VSI) conventionnels. Des publications récentes ont montré l’intérêt de cette topologie pour des applications de fortes puissance destinées à l'aviation électrique. Ces systèmes peuvent être composés de deux CSI connectés en série, formant une unité alimentée à haute tension. Plusieurs unités peuvent être connectées en parallèle pour alimenter une machine électrique multi-étoiles. Le système de conversion pourra atteindre un rendement de 97,3 % et une densité de puissance de 18,1 kW/kg. Sa densité de puissance élevée et ses caractéristiques prometteuses de tolérance aux pannes en font une solution compétitive pour les applications aéronautiques électriques.

Objectifs du stage

L'objectif principal du stage sera d’évaluer cette topologie, par des simulations, et de tester la possibilité de sa mise en parallèle avec une commande entrelacée pour une application de système de propulsion électrique par pile à combustible. Les spécifications aujourd’hui sont au-delà du MW, mais on pourra commencer par une étoile de 300 kW afin d’identifier les points durs du système.

Dans ce cadre-là, les travaux à être développés seront divisés par les tâches suivantes :

1. Dimensionnement du convertisseur CSI et le filtrage de sortie

2. Etude des modulations multiniveaux de courant et de son impact dans le dimensionnement des éléments passifs du système, avec une boucle de contrôle du courant AC d’une charge inductive.

3. Dimensionnement d’un convertisseur Hacheur DC-DC avec une boucle de contrôle du courant DC pour l’interface de la pile à combustible

4. Mise en œuvre sous environnement de simulation (MATLAB/Simulink) ou environnement équivalent pour l’électronique de puissance.

Profil recherché

Étudiant(e) en dernière année d'école d'ingénieur ou en Master 2 avec une spécialisation en :

• Automatique / Contrôle des systèmes ;
• Génie électrique ;
• Électrotechnique ;
• Systèmes embarqués énergétiques.
• Électronique de puissance ;
• Modélisation sous MATLAB/Simulink ou environnement équivalent.

Un intérêt pour la recherche appliquée et les systèmes aéronautiques constituera un atout majeur.

Environnement et perspectives

Le stage se déroulera au LAAS-CNRS, en étroite collaboration avec les équipes de Safran Tech, le centre de recherche et technologie du Groupe Safran.

Les résultats obtenus contribueront aux travaux de recherche sur les futures architectures de propulsion hybride-électrique. Selon les résultats du stage et les souhaits du candidat, une poursuite des travaux dans le cadre d'une thèse CIFRE Safran Tech / LAAS-CNRS pourra être envisagée.