Modeling and optimization of a magnetic coupler for electric vehicles dynamic induction charging

Les travaux de recherche de cette thèse sont menés dans le cadre d’une collaboration entre le laboratoire GeePs et l’institut VEDECOM.Le coût, le volume et le poids des batteries électrochimiques représentent encore un frein important au déploiement des véhicules électriques (VE). Une des solutions envisagées pour prolonger l’autonomie des VE sans augmenter démesurément la capacité des batteries, consiste à utiliser des systèmes de transfert d’énergie électrique sans contact pour les alimenter pendant leurs déplacements. Cette thèse porte sur une de ces techniques et plus particulièrement sur le transfert d’énergie inductif résonant. Les problématiques liées à ce mode de transfert d’énergie sont principalement liées au rendement énergétique, à l’encombrement contraint du fait de la nécessité d’intégration dans le véhicule et dans la route ainsi qu'au respect des normes d’émissions électromagnétiques.L’efficacité énergétique du transfert d’énergie est au premier ordre lié au couplage des deux bobines (coupleur magnétique). Une comparaison des coefficients de couplage pour différentes géométries de coupleurs et différentes configurations de désalignement fait l’objet d’une première partie du travail réalisé. Dans la seconde partie une approche à base de sources équivalentes est proposée pour le prédimensionnement analytique d’une plaque de blindage destinée à limiter le rayonnement du coupleur dans le véhicule et en dehors de celui-ci. Dans le dernier axe de la thèse, l’étude est dédiée aux techniques de détection de la présence du véhicule et au séquencement de l’alimentation des bobines au sol. Une solution originale, permettant de répondre à cette problématique est proposée. Le bilan des travaux ainsi que les perspectives envisagées, viennent clôturer ce manuscrit.This thesis is carried out in collaboration between the GeePs laboratory and the VEDECOM institute. The cost, volume and weight of electrochemical batteries still represent a major obstacle to the deployment of electric vehicles (EVs). One of the solutions being considered to extend the range of EVs without excessively increasing the capacity of the batteries, is to use contactless electrical energy transfer systems to power them while they are on the move. This thesis focuses on one of these techniques which is the resonant inductive energy transfer. The problems associated with this mode of energy transfer are mainly related to energy efficiency, the size constrained due to the need for integration into the vehicle and the road as well as compliance with electromagnetic emissionstandards. The efficiency is directly linked to the coupling of the two coils (magnetic coupler). A comparison of the coupling coefficients for different coupler geometries and different misalignment configurations is the subject of the first part of this work. In the second part, an approach based on equivalent sources is suggested for the analytical pre-dimensioning of shielding plate intended to limit the magnetic emissions in and outside the vehicle. In the last axis of the thesis, the study is dedicated to techniques for detecting the presence of the vehicle and the sequencing of the different ground coils. A conclusion giving an assessment of the work and perspectives that open up from this work, close this manuscript