Agrégation concours externe

Section : Sciences Industrielles de l’Ingénieur
Épreuve d'admissibilité - conception préliminaire
Option sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie électrique

Support : Borne de recharge rapide pour véhicule électrique

Mise en situation :

Au 1er janvier 2023, la France comptait 38,9 millions de voitures en circulation, toutes sources d'énergie confondues. Avec 882 531 unités atteintes, la part de voitures électriques semblait encore relativement modeste face à la prédominance des véhicules thermiques. Cependant, on observe qu'en terme de croissance, la mobilité électrique est marquée par une évolution exponentielle sur ces dix dernières années. En 2010, seulement 102 véhicules électriques étaient en circulation. En 2020, ce chiffre avait grimpé à 296 897 unités et approche aujourd'hui le million.

Cette montée en puissance des véhicules électriques met en lumière le défi technologique associé au déploiement de bornes de recharge rapide. Alors que la France vise à atteindre 100 % de véhicules décarbonés d'ici 2035, l'installation de bornes de recharge rapide est cruciale pour soutenir cette transition en limitant l'impact sur le mode de vie des français. Cependant, cela nécessite une adaptation des infrastructures et des avancées technologiques majeures pour garantir des temps de recharge acceptables et une fiabilité optimale. Le déploiement de bornes de recharge rapide présente plusieurs défis techniques. Il faut non seulement concevoir des bornes capables de recharger les véhicules à des vitesses élevées, mais aussi assurer une gestion efficace de l'énergie pour éviter les pics de demande et garantir une distribution équitable de l'électricité. L'interopérabilité entre les différents réseaux de recharge et la compatibilité avec les différents types de véhicules électriques constituent également des enjeux technologiques majeurs.

Pour répondre à ces défis, des progrès significatifs ont été réalisés dans le développement de bornes de recharge rapide. Des partenariats entre les constructeurs automobiles, les entreprises technologiques et les fournisseurs d'énergie ont été formés pour accélérer l'innovation dans ce domaine. Des investissements importants sont également réalisés dans la recherche et le développement de nouvelles technologies de recharge, telles que les batteries à charge ultra-rapide et les systèmes de gestion intelligente de l'énergie.

Il est clair que le déploiement réussi de bornes de recharge rapide est essentiel pour favoriser une adoption généralisée des véhicules électriques. En surmontant les défis technologiques associés, la France peut jouer un rôle de leader dans la transition vers une mobilité électrique durable et technologiquement avancée.

Travail demandé :

Ce sujet comporte trois parties indépendantes:

• PARTIE A : Initialisation et optimisation de la recharge rapide

L’objectif de cette partie est d’appréhender le déroulement d’une charge rapide lors de la connexion sur la prise combo d’un véhicule, la gestion du courant de charge ainsi que l’optimisation des trajets longues distances.

• PARTIE B : Conception et gestion des convertisseurs PSFB (Phase-Shifted Full Bridge) au sein d’une borne de recharge rapide

L’objectif de cette partie est de concevoir partiellement la structure interne de la borne de recharge et plus particulièrement la structure de puissance d’un rack convertisseur PSFB (Phase-Shift Full Bridge) considéré en régime permanent.

• PARTIE C : Conception et analyse du dispositif de régulation énergétique.

L’objectif de cette partie est de concevoir le dispositif permettant de réguler la consommation d'énergie électrique de la borne en ajustant dynamiquement la tension et le courant, pour optimiser le facteur de puissance et réduire les pertes d'énergie.