Modélisation électrique et énergétique des supercondensateurs et méthodes de caractérisation : application au cyclage d'un module de supercondensateurs basse tension en grande puissance

par Nassim Rizoug

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Philippe Le Moigne.

Soutenue en 2006

à l'Ecole Centrale de Lille en cotutelle avec Lille, Université des Sciences et technologies de Lille .

mots clés

• Supercondensateurs électriques
• Condensateurs électriques -- Essais
• Cycles
• Composants électroniques -- Détérioration
• Composants électroniques -- Effets de la température
• Traction électrique

Résumé

Ce mémoire présente un travail sur le comportement électrique et énergétique des supercondensateurs dans des applications de type traction électrique. Il développe un outil de caractérisation du comportement des supercondensateurs afin de les exploiter dans les applications "courant fort" telles que le transport. Le banc de test développé dans notre laboratoire a permis la caractérisation d'un module de supercondensateurs 112F-48V constitué de 24 composants Maxwell 2700F/2,3V. En premier lieu, la modélisation du composant nous a paru indispensable pour représenter le comportement de ces composants. Pour cela, deux modèles représentant le comportement énergétique et électrique des supercondensateurs on été développés. Différentes approches connues ont été confrontées pour aboutir à une méthode simple d'identification, associant des mesures temporelles et fréquentielles. En utilisant ces modèles, une caractérisation de quatre éléments du module avec un suivi de l'évolution des caractéristiques de chaque élément a été effectuée en fonction de la température. D'autre part, l'observation du vieillissement du module et d'un élément de ce dernier pour les 200. 000 premiers cycles a permis de suivre la dégradation des caractéristiques (R, rs et C) des supercondensateurs en fonction du nombre de cycles effectués. Enfin, un des objectifs initiaux était d'aborder le problème de mise en série du composant afin de l'utiliser en Génie Electrique. Les essais de cyclage réalisés sans dispositif d'équilibrage (hormis les impédances du système de mesure) on permis d'observer une dispersion naturelle des tensions dépendant de la localisation du composant dans le module.

Titre traduit

Electric and energy modelisation of the supercondenser and method of characterizationa : application to the cycling of a module of supercondensers low tension in great power

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