Optimisation des performances des véhicules électriques alimentés par le solaire grâce au convertisseur boost ReLift à inducteur couplé

La lumière du soleil sur la route

Les véhicules électriques promettent un air plus pur et des rues plus calmes, mais ils nécessitent toujours beaucoup d’électricité. Cette étude examine comment extraire davantage d’énergie utile du soleil pour propulser une voiture électrique, tout en maintenant un fonctionnement fluide du moteur même lorsque des nuages passent. En repensant à la fois l’électronique qui relie les panneaux solaires au moteur et le logiciel intelligent qui les commande, les auteurs montrent comment les VE alimentés par le solaire peuvent devenir plus efficaces, plus fiables et plus respectueux du réseau électrique.

Pourquoi les voitures solaires sont difficiles

Les panneaux solaires sont une source d’énergie attrayante parce qu’ils sont propres, silencieux et de plus en plus abordables. Pourtant, l’ensoleillement est capricieux : nuages passagers, variations de température et ombres portées par des bâtiments éloignent constamment un panneau de son point de fonctionnement optimal. Parallèlement, un moteur de VE exige une puissance continue et haute tension pour offrir une accélération régulière et une tenue de route sûre et prévisible. Les convertisseurs électroniques traditionnels qui élèvent la faible tension des panneaux solaires aux niveaux supérieurs requis par un VE peinent souvent dans ces conditions changeantes, souffrant d’un gain de tension limité, de pertes d’énergie convertie en chaleur et de systèmes de commande complexes. Le résultat peut être une perte d’énergie solaire, une sollicitation accrue des composants et une voiture davantage dépendante du réseau qu’il ne le faudrait.

Un nouveau « élévateur » entre le soleil et le moteur

Pour combler cet écart, les chercheurs proposent une nouvelle topologie de convertisseur DC–DC appelée Coupled Inductor ReLift Boost (CIRB). En termes simples, ce convertisseur fonctionne comme un marchepied compact et finement réglé qui élève la tension relativement basse des panneaux solaires vers la tension beaucoup plus élevée exigée par l’entraînement du moteur. Au lieu de s’appuyer sur des transformateurs volumineux ou des étages en cascade, il utilise deux bobines couplées magnétiquement et un agencement astucieux de condensateurs et d’interrupteurs. Cette structure répartit les contraintes électriques entre les composants, réduit les ondulations de courant et obtient un fort gain de tension « quadratique » avec seulement quelques éléments. Des simulations et des essais matériels montrent que le convertisseur peut augmenter environ 110 volts provenant des panneaux à environ 600 volts en sortie tout en gardant les pertes d’énergie faibles et en évitant les surtensions dommageables.

Suivi intelligent du meilleur point d’ensoleillement

Savoir comment câbler le matériel n’est que la moitié de l’histoire ; le système doit aussi décider précisément à chaque instant combien « pousser » le convertisseur pour extraire la puissance maximale des panneaux. Cette tâche, dite de suivi du point de puissance maximale, est rendue difficile par les variations rapides de l’ensoleillement. Les auteurs conçoivent un réseau de neurones artificiels à deux niveaux qui estime d’abord l’intensité lumineuse et la température du panneau à partir de la tension et du courant mesurés, puis prédit la tension de fonctionnement idéale des panneaux. Pour maintenir ce cerveau numérique performant, ils règlent ses paramètres internes à l’aide d’une méthode d’optimisation inspirée des motifs de vol de la sterne fuligineuse, un oiseau marin qui équilibre exploration à longue distance et attaques en spirale très précises sur ses proies. Cette combinaison conduit rapidement les panneaux vers leur point optimal, atteignant une précision de suivi d’environ 99,89 % tout en réagissant rapidement aux changements d’irradiation.

Maintenir la synchronisation entre la voiture et le réseau

Au-delà de l’amélioration de la captation solaire, l’étude intègre le convertisseur dans une chaîne d’alimentation complète comprenant un moteur à aimant permanent haute performance, un onduleur pour générer du courant alternatif triphasé et une connexion au réseau. Un contrôleur PI conventionnel maintient la vitesse du moteur à la consigne — environ 1000 tours par minute lors des essais — malgré les fluctuations de la puissance solaire. Lorsque le soleil est abondant, l’énergie excédentaire peut être renvoyée vers le réseau ; quand les nuages ou la nuit réduisent l’apport solaire, le système puise automatiquement de l’énergie sur le réseau pour maintenir un lien DC stable à 600 volts. Un filtrage et un contrôle soignés gardent le courant réseau propre, avec une distorsion harmonique totale proche de 1 %, respectant les normes courantes de qualité de puissance et réduisant les parasites électriques.

Ce que cela signifie pour les futurs véhicules électriques

Pris ensemble, le nouveau convertisseur et le schéma de commande rendent les VE assistés par le solaire plus pratiques. Le convertisseur CIRB atteint une efficacité d’environ 96,96 %, tout en offrant un gain de tension supérieur à de nombreuses alternatives récentes et en employant moins de composants. Le système de suivi intelligent capture presque toute l’énergie solaire disponible avec un faible délai, et l’interface réseau garantit que le véhicule peut continuer de fonctionner de manière fluide même lorsque le soleil n’est pas coopératif. Bien que la conception doive encore relever des défis tels qu’une conception magnétique soignée à des niveaux de puissance plus élevés et la nécessité de bonnes données d’entraînement pour les réseaux neuronaux, elle ouvre la voie à des VE qui comptent davantage sur des installations solaires en toiture ou en auvent et qui interagissent plus harmonieusement avec le réseau électrique.

Citation: Kanakaraj, M., Arul Prasanna, M. & Gerald Christopher Raj, I. Performance optimization of solar-energized electric vehicles using coupled inductor Relift boost converter. Sci Rep 16, 6959 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38342-9

Mots-clés: véhicules électriques solaires, électronique de puissance, convertisseurs photovoltaïques, suivi du point de puissance maximale, intégration au réseau intelligent