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Conclusion générale
La thématique de cette thèse portait sur l'identification et l'estimation des contraintes
thermiques générées dans les modules d'électronique de puissance utilisés dans la traction
électrique. Avec l'augmentation de la densité de puissance et du fait de leur environnement
thermique proche, les convertisseurs de puissance ont vu, au cours du temps, augmenter les
contraintes thermiques appliquées sur leur structure physique, réduisant par conséquent la
fiabilité de ces composants. Alors que cette augmentation se vérifie dans le domaine du
transport guidé (métro, trains...), elle est accrue dans le domaine automobile, où les
contraintes thermiques sont sévères et la demande de fiabilité élevée.
Nous avons vu dans le premier chapitre les bases théoriques nécessaires à la compréhension et
à la résolution de la problématique posée, l'estimation de la fiabilité. Les différents
composants que nous pouvons rencontrer dans le domaine de la traction sont présentés et le
fonctionnement des modules de puissance IGBT est détaillé. Nous avons également fait un
état de l'art des notions de détermination de la durée de vie et de la fiabilité des composants
électroniques de forte puissance avec un éclairage particulier sur une méthode d'estimation,
basée sur les essais de vieillissement accéléré par power cycling test.
Dans le deuxième chapitre, une étude portant sur l'estimation de la durée de vie de modules
IGBT utilisés dans un véhicule hybride a été présentée. Les contraintes thermiques ont tout
d'abord été identifiées lors du fonctionnement du véhicule dans une circulation urbaine à
l'aide de sondes thermiques à fibres optiques. Puis, elles ont été reproduites grâce à
l'utilisation de bancs de cyclage actif et appliquées, de façon accélérée, sur différents
composants afin d'estimer leur durée de vie sous différents niveaux de contraintes. Par la
suite, une corrélation entre cette identification et les résultats expérimentaux de ces essais a
été effectuée afin de déterminer la résistance de ces composants face aux contraintes générées
durant le profil de mission et en accord avec les lois de vieillissement évaluées. Avec ces
essais, nous avons pu valider la disponibilité des composants face aux exigences de durée de
vie du constructeur automobile et le conforter ainsi dans ses choix quant aux modules de
puissance sélectionnés.
Après ces identifications de contraintes thermiques, c'est leur estimation que nous avons
effectuée dans le troisième et dernier chapitre. Dans cette partie, deux modèles thermiques ont
été élaborées pour la détermination des températures de puce et de semelle, l'un pour un
module IGBT DUAL, grâce à un modèle unidimensionnel, et l'autre pour un convertisseur
intégré multichip à lGBT, grâce à un modèle électrothermique complet, où les interactions
existantes entre les puces du module sont prises en compte à l'aide d'une équation analytique
générale des impédances thermiques présentes. Ce dernier modèle a été validé
expérimentalement sur une chaîne de traction hybride et nous a permis de calculer les
températures de puces et de semelle lors de la reproduction d'un profil de mission routier
européen normalisé durant lequel les puces et la semelle du composant ont été auscultées à
l'aide de thermocouples et fibres optiques.
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