Les chercheurs de l’Université de Kobe et de l’Université nationale Chung Hsing ont développé un nouveau convertisseur de puissance DC-DC qui se distingue par son efficacité, sa fiabilité et sa durabilité.
L’électricité se présente sous deux formes : le courant alternatif (AC) et le courant continu (DC). Si la plupart des centrales électriques produisent du courant alternatif, de nombreux appareils, tels que les panneaux solaires, les batteries des véhicules électriques et les ordinateurs, fonctionnent en courant continu. La conversion AC-DC est donc nécessaire, mais entraîne des pertes d’énergie.
Une alternative consiste à mettre en place des microréseaux DC qui intègrent diverses sources d’énergie renouvelable et dispositifs de stockage, et fournissent directement l’énergie aux centres de données et autres appareils DC. Cela nécessite cependant un dispositif capable de convertir différentes tensions de manière flexible et bidirectionnelle, car chaque appareil DC requiert une tension spécifique et les batteries fournissent des tensions variables selon leur charge et leur capacité.
Les chercheurs en électronique de puissance Mishima Tomokazu de l’Université de Kobe (Japon) et de l’Université nationale Chung Hsing (Taïwan) ont uni leurs forces dans le cadre d’un projet visant à développer des technologies élémentaires pour des systèmes de distribution d’énergie à haute densité de puissance, contribuant à des centres de données à faible émission de carbone.
Selon Liu Shiqiang, membre de l’équipe étudiante de l’Université de Kobe, « Notre équipe diversifiée, dotée d’une expertise couvrant les disciplines pertinentes, nous a permis d’aborder le problème sous de multiples perspectives. Notre accès à des installations et des ressources de pointe nous a permis de mener des expériences, des simulations et des analyses approfondies. De plus, notre groupe a un historique de collaborations réussies avec des partenaires industriels et d’autres institutions de recherche, fournissant des informations et un soutien précieux pour nos projets. »
Les principes de conception, les caractéristiques et l’évaluation du prototype ont été publiés dans la revue IEEE Transactions on Power Electronics. Liu Shiqiang, premier auteur de l’étude, explique les principaux avantages de ce convertisseur par rapport aux conceptions précédentes :
« Son rapport de tension supérieur lui permet de s’interfacer efficacement avec une large gamme de sources d’énergie, tandis que l’auto-équilibrage des courants d’inductance améliore la stabilité et la simplicité du système. De plus, le contrôle asymétrique de la limite de service offre des performances accrues, en particulier pour les microréseaux DC connectés aux véhicules électriques. »
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L’évaluation de leur prototype a montré une efficacité impressionnante allant jusqu’à 98,3 %. « Cela met en évidence la faisabilité pratique et l’évolutivité de la topologie proposée pour des applications réelles, ouvrant la voie à de futures avancées dans la technologie de conversion DC-DC bidirectionnelle », commente Liu Shiqiang.
L’équipe a déposé un brevet pour cette conception au Japon et prépare actuellement sa commercialisation avec UPE-Japan, une startup de l’Université de Kobe. Les chercheurs souhaitent également continuer à améliorer leur conception, notamment pour atteindre des densités de puissance plus élevées et une plus grande variété d’applications.
Selon Liu Shiqiang, « Notre objectif à long terme est de contribuer à la transition vers des solutions de stockage et de conversion d’énergie plus efficaces, fiables et durables, en particulier dans le contexte des véhicules électriques et de l’intégration des énergies renouvelables. »
Article : « Over 98% Efficiency SiC-MOSFET based Four-Phase Interleaved Bidirectional DC-DC Converter Featuring Wide-Range Voltage Ratio » – DOI: 10.1109/TPEL.2024.3389052
Légende illustration : LIU Shiqiang, premier auteur de l’étude, explique les caractéristiques du dispositif : « Son rapport de tension supérieur lui permet de s’interfacer efficacement avec une large gamme de sources d’énergie, tandis que l’auto-équilibrage des courants d’inductance améliore la stabilité et la simplicité du système. En outre, le « contrôle asymétrique de la limite de service » offre des performances accrues, en particulier pour les micro-réseaux à courant continu connectés à des véhicules électriques. » Crédit : MISHIMA Tomokazu
