Contrôle des circuits d’équilibrage des systèmes de stockage d’énergie (supercondensateurs) en vue d’estimer et d’améliorer leur durée de vie

Balancing circuit control of energy storage system (supercapacitors) for state of health estimation and lifetime maximization

• Auteur / Autrice : Seïma Shili
• Direction : Pascal Venet, Alaa Hijazi, Ali Sari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 11/07/2016
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire AMPERE (Ecully, Rhône) - Ampère, Département Méthodes pour l'Ingénierie des Systèmes
• Jury : Président / Présidente : Christophe Forgez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Venet, Alaa Hijazi, Ali Sari, Jean-Christophe Crebier, Serge Pélissier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Amine Lahyani, Jean-Michel Vinassa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Durée de vie (ingénierie)

Équilibrage (mécanique industrielle)

Supercondensateurs

Mots clés libres

Supercondensateur

Circuit d’équilibrage

Durée de vie

Etat de Santé

Résistance équivalente série

Système de gestion d’énergie

Supercapacitor

Balancing circuit

Lifetime

State of Halth

Energy storage system

Equivalent series resistance

Résumé

Dans les applications de puissance, les systèmes de stockage d'énergie électrique tels que les supercondensateurs sont fortement sollicités. Compte tenu des limitations existantes lors de l'utilisation d'un seul composant, un système de stockage d'énergie électrique (module) est constitué d'une association d'éléments (cellules) permettant de s'adapter aux besoins de l'application visée. Afin d'assurer la sécurité de l'équipement et de son utilisateur, un système de gestion d'énergie, qui a pour rôle de surveiller et de contrôler continuellement les cellules, est associé au module de stockage. Le but des travaux de thèse est l'amélioration de la durée de vie des systèmes de stockage d'énergie. Cet objectif est réalisé grâce au contrôle des circuits d'équilibrage, éléments du système de gestion d'énergie, et déjà présents sur ces modules de stockage. Différentes méthodes de contrôle sont donc présentées, analysées et comparées afin d'évaluer l'état de santé des supercondensateurs surveillés. Une nouvelle approche d'équilibrage se basant sur le niveau de dégradation estimée est exposée. Elle permet d'équilibrer les vitesses de vieillissement des cellules et ainsi de prolonger la durée de vie de l'ensemble du système. Certains principes des résultats obtenus sont transposables aux batteries

Energy storage system such as supercapacitors are widely used in high power applications. However, due to single cell voltage limitation, an energy storage system (module) is often employed. It contains a chain structure of identical elements and ensures voltage adaptation to the corresponding application requirements. Energy management systems are associated to energy storage systems in order to assure user and equipment security. Their main role is to monitor and control energy storage systems elements continuously. The work presented aims to enhance the lifetime of energy storage systems. It relies on establishing balancing circuits on the terminals of the storage system elements. These control circuits are energy management system devices. Thus, various control approaches are discussed, analyzed and compared. They aim to estimate the supercapacitor's state of health. In addition, a new approach of balancing circuits is proposed. It is based on estimating the level of degradation of the elements. Thus, It allows aging speed equalization between module elements and storage system lifetime maximization. Some main results of the work could be generalized to batteries