Modélisation et surveillance en ligne du vieillissement de supercondensateurs

Modeling and online aging monitoring of supercapacitors

• Auteur / Autrice : Zhihao Shi
• Direction : François Auger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et génie électrique
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et mathématiques (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Auger, Jean-Michel Vinassa, Gildas Besançon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Michel Vinassa, Gildas Besançon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fiabilité

Supercondensateurs

Mots clés libres

Modélisation

Surveillance en ligne

Caractérisation hors ligne

Etat de santé

Etat de charge

Résumé

Cette thèse a pour objectif de concevoir des systèmes de surveillance en ligne du vieillissement de supercondensateurs, utilisables dans des applications industrielles de stockage d’énergie. Un vieillissement calendaire accéléré a d’abord été effectué sur une population de 100 supercondensateurs Nichicon (1F /2. 7V) du commerce. Ces supercondensateurs ont ensuite été caractérisés par des méthodes hors ligne à chaque phase de vieillissement et l’évolution de leurs paramètres caractéristiques et leurs incertitudes sont analysées et discutées. Pour surveiller leur état de santé, des modèles dynamiques sont ensuite comparés selon des critères proposés et un bon modèle est retenu pour faire de la surveillance en ligne. Différents types d’observateurs, tels que des observateurs de Kalman et des observateurs interconnectés, sont enfin conçus en s’appuyant sur deux modèles, un modèle RRC du premier-ordre et un modèle de ligne de transmission du quatrième ordre, afin d’estimer les paramètres d’un supercondensateur en temps réel et sur son site d’application. Les résultats expérimentaux obtenus par les observateurs proposés dans cette thèse montrent une bonne estimation de l’évolution des paramètres, comparable avec les résultats des méthodes de caractérisation hors ligne.

The aim of this thesis is to design online aging monitoring systems for supercapacitors that could be used for industrial energy storage applications. To investigate the supercapacitors’ aging, accelerated calendar aging experiments have been first carried out on Nichicon 1F/2. 7V commercial EDLCs. Offline characterizations methods have been used at each aging phase and the parameters evolution and their uncertainties during the aging process are analyzed and discussed. To provide an online estimation of the state of health of an EDLC, different model structures are first compared according to some proposed optimal criteria, and an appropriate model is finally suggested for the online aging monitoring of EDLCs. Different nonlinear state observers, such as Kalman observers and interconnected observers, are designed to estimate EDLCs’ parameters in real time. They are based on two kinds of EDLC models: a first-order RRC model and a fourth-order transmission line model. Experimental results demonstrate a good estimation of the parameters evolution provided by the proposed online observers, in accordance with that obtained by offline methods.