Contribution to solar charging of electric vehicles

Le travail présenté dans cette thèse porte sur la conception des solutions de recharge à base d'énergie solaire pour des véhicules électriques. Les présents travaux ont pour but de concevoir et de réaliser des prototypes de station de recharge de véhicule électrique ainsi que de proposer des outils d'optimisation de fonctionnement de ces stations de recharge. Tout d'abord, nous avons présenté la méthode suivie pour la conception et la réalisation d'une station de recharge solaire mobile autonome. Ensuite, nous avons présenté une étude expérimentale de la station de recharge PV 16kWc. Cette étude expérimentale est étalée sur la période du Janvier - Août 2019. L'analyse des résultats de cette étude expérimentale permet de déduire que la station réalisée permet de produire une énergie de l'ordre de 10.8MWh par ans et permet d'éviter des émissions CO2 de l'ordre de 4.8 tonnes par ans. Nous avons aussi étudié la topologie de station de recharge avec bus bipolaire. Puisque les convertisseurs DC/DC trois-niveaux sont la partie la plus intéressante de cette topologie, nous avons détaillé la méthode suivie pour élaborer un modèle moyen petits-signaux. Ensuite, une analyse du contrôle d'équilibrage du bus bipolaire permet d'identifier la meilleure option à choisir pour garantir l'équilibrage du bus, ainsi qu'une nouvelle méthode d'équilibrage ont été présentées, cette dernière offre la possibilité d'équilibrage sans ajout de capteurs comme dans la méthode classique. Enfin, le principe de fonctionnement de l'unité de gestion d'énergie proposée pour cette topologie est présenté. Cette dernière à été évaluée en simulationsThis thesis focuses on the design of solar-based charging solutions for electric vehicles. The purpose of this work is to design and produce prototypes of electric vehicle charging stations and to propose tools to optimize the operation of these charging stations. First of all, we presented the followed method for the design and construction of a stand-alone mobile solar charging station. Then we presented the conception of solar charging station of 16kWc. An experimental study is performed over the period of January - August 2019. The results analysis of this experimental study showed that the produced energy is of the order of 10.8MWh per year and avoids CO2 emissions of 4.8 tonnes per year. About 50 electric cars per months could be charged by solar energy. We also studied a topology of charging station with bipolar DC bus. Since the three-level DC/DC converters are the most important elements of this topology, we have detailed the followed method for small-signal modelling of these converters. Then, an analysis of the voltage balance control of the bipolar bus was carried out to identify the best option to choose to guarantee the balance of the bus and a new balancing method were presented. This last method offers the possibility of balancing the DC bus without adding extra sensors sensors as in the classical method. Finally, the operating principle of the energy management unit proposed for this topology is presented and evaluated in simulation

Power switch failures tolerance of a photovoltaic fed three-level boost DC-DC converter

International audienceIn this paper, both switches open/short circuit faults diagnosis and a fault tolerant diagram of a photovoltaic (PV) fed Three-Level Boost DC-DC Converter (TLBDC) are addressed. Diodes voltages are used to detect open or short circuit faults. These voltages are also used to ensure voltage balance control of the TLBDC. Hence, the number of sensors would be the same as the number of sensors used in a conventional TLBDC controller scheme. The proposed method identifies and locates the faulty switch easily. The TLBDC is reconfigured where the ensured input power and output voltage remain unchanged. This is achieved by adding only one extra power switch to the TLBDC topology. Simulation and experimental results confirm the effectiveness of the proposed fault diagnosis method and the TLBDC fault tolerant scheme

Voltage Balance Control Analysis of Three-Level Boost DC-DC Converters: Theoretical Analysis and DSP-Based Real Time Implementation

In this paper, a step-by-step description to get a unique three-level boost DC⁻DC converter (TLBDC) (DC—direct current) small signal model is first presented and validated through simulations and experiments. This model allows for overcoming the usage of two sub-models as in the conventional modeling approach. Based on this model, voltage balance (VB) controllers are designed and VB control analysis is presented. Two VB controllers, namely Proportional Integral (PI) and Fuzzy, were analyzed when the VB control was applied on both TLBDC switches or only one. According to the obtained simulation and experimental results, the proposed model gives an accurate approximation in dynamic, small perturbations around an operating point and steady state modes. Moreover, it has been shown that VB is achieved in a reduced time when VB control is applied on both the TLBDC’s switches. Furthermore, the Fuzzy controller performs better than PI controller for VB control