Approche systémique de la gestion d'énergie électrique par stockage électrochimiques dédiés aux applications de transport PDF Download
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Book Description
Ce sujet s'inscrit dans la continuité des activités de recherche du laboratoire GREAH sur les problématiques de la gestion optimale d'énergie électrique embarqué à bord des véhicules électriques hybrides. En effet, le couplage de plusieurs sources de natures différentes entraîne des problématiques de dimensionnement, de qualité d'énergie et de la durée de vie des éléments interconnectés. Pour les applications de transport par exemple, les principaux facteurs de ces problématiques reposent sur : - les fluctuations de la puissance demandée par la chaîne de propulsion/ traction, la durée de vie limitée des éléments de stockage d'énergie électrique, l'absence de profil de mission standard réaliste et la nécessité d'optimisation de la consommation énergétique du bord. La méthode adéquate pour l'étude des systèmes multi-sources passe par une approche systémique. Cette approche est nécessaire pour établir des modèles comportementaux des sources et des convertisseurs en vue de l'élaboration des stratégies de gestion optimale des flux énergétiques entre les organes. Le premier objectif de la thèse repose sur le développement des modèles de comportement des batteries et supercondensateurs soumis aux contraintes thermiques et électriques spécifiques aux applications de transport. Le second vise le développement de la stratégie de la gestion d'énergie prenant en compte de l'impact de la température et les fluctuations de puissance demandée par la chaîne de propulsion/ traction (charge).
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Ce sujet s'inscrit dans la continuité des activités de recherche du laboratoire GREAH sur les problématiques de la gestion optimale d'énergie électrique embarqué à bord des véhicules électriques hybrides. En effet, le couplage de plusieurs sources de natures différentes entraîne des problématiques de dimensionnement, de qualité d'énergie et de la durée de vie des éléments interconnectés. Pour les applications de transport par exemple, les principaux facteurs de ces problématiques reposent sur : - les fluctuations de la puissance demandée par la chaîne de propulsion/ traction, la durée de vie limitée des éléments de stockage d'énergie électrique, l'absence de profil de mission standard réaliste et la nécessité d'optimisation de la consommation énergétique du bord. La méthode adéquate pour l'étude des systèmes multi-sources passe par une approche systémique. Cette approche est nécessaire pour établir des modèles comportementaux des sources et des convertisseurs en vue de l'élaboration des stratégies de gestion optimale des flux énergétiques entre les organes. Le premier objectif de la thèse repose sur le développement des modèles de comportement des batteries et supercondensateurs soumis aux contraintes thermiques et électriques spécifiques aux applications de transport. Le second vise le développement de la stratégie de la gestion d'énergie prenant en compte de l'impact de la température et les fluctuations de puissance demandée par la chaîne de propulsion/ traction (charge).
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Ce travail de thèse s'inscrit dans la continuité des activités de recherche du laboratoire GREAH sur les problématiques de la gestion d'énergie électrique et de l'amélioration de la qualité énergétique des systèmes de production aux énergies renouvelables. En effet, le couplage de plusieurs sources de natures différentes entraîne des problématiques de dimensionnement, de qualité d'énergie et de la durée de vie des éléments interconnectés. La démarche scientifique repose sur la caractérisation de l'évolution des résistances et des capacités des cellules de batteries LFP/supercondensateurs en fonction des contraintes électriques et thermiques, suivi de la modélisation du vieillissement accéléré des cellules. Nous proposons dans ce mémoire de thèse des améliorations de la réponse dynamique d'un bateau fluvial à propulsion électrique par l'hybridation des batteries LFP et des supercondensateurs. Nous proposons également une approche électrothermique pour la caractérisation et la modélisation multi-physique du vieillissement des batteries et supercondensateurs en utilisant des contraintes combinées de la température et de la fréquence des ondulations du courant de charge/décharge des cellules. Les données expérimentales collectées ont permis d'établir des modèles des supercondensateurs et des batteries dédiés aux systèmes multi-sources incluant des sources d'énergie renouvelable (éoliens et hydroliens). Les modèles développés se révèlent très précis par rapport aux résultats expérimentaux. Ils permettent une bonne description du phénomène de vieillissement des batteries LFP/supercondensateurs dû aux opérations de charge/décharge avec un courant continu fluctuant combiné à une température variable.
Author: Benoît Robyns Publisher: ISTE Group ISBN: 178405187X Category : Electric power systems Languages : fr Pages : 313
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Les technologies modernes de stockage de l’énergie électrique sont un élément clé du développement durable. Elles permettent désormais d’envisager le déploiement de véhicules électriques aux performances acceptables et une électrification croissante de certains systèmes de transport tels que les aéronefs. Cet ouvrage met en évidence l’importance du stockage de l’énergie électrique dans un contexte de déploiement de réseaux électriques intelligents appelés smart-grids. Ces réseaux interagissent de façon croissante avec certains systèmes de transport tels que les véhicules électriques et hybrides rechargeables, les trains, métros, trams et bus électriques. Dans une démarche pédagogique, cet ouvrage présente les outils méthodologiques pour construire un système de gestion énergétique du stockage. Ces outils basés sur de l’intelligence artificielle et des techniques d’optimisation explicite sont analysés à travers des études de cas concrets. Gestion et valorisation du stockage de l’énergie électrique dans les systèmes de transport expose diverses applications intégrant des technologies modernes de stockage – les réseaux embarqués en aéronautique, l’intégration des véhicules électriques dans le réseau électrique, les véhicules hybrides ou encore la traction ferroviaire hybride et ses installations.
Author: Jean-Marie Tarascon Publisher: ISTE Group ISBN: 1784050660 Category : Electric batteries Languages : fr Pages : 99
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Ce livre est le premier de la série Stockage de l'énergie - batteries et supercondensateurs dédiée à la recherche et à l’innovation dans le domaine du stockage électrochimique de l’énergie qui permet de dompter l’électricité et de la mettre chimiquement en cage. Cet ouvrage dresse le panorama du stockage électrochimique devenu essentiel pour les objets communicants, le développement des véhicules électriques ou le stockage des énergies renouvelables. Ces applications "réseaux" ou de transport nécessitent de stocker de l’énergie puis de la restituer sous une forme électrique. Les dispositifs électrochimiques capables d’effectuer un tel stockage et conversion sont notamment les supercondensateurs et les batteries. Le stockage électrochimique de l’énergie analyse les différentes technologies du Li-ion au redox flow. Il présente le RS2E, un réseau d’entreprises et de laboratoires publics qui permet de fédérer recherche et industrie.
Author: ROBOAM Xavier Publisher: Lavoisier ISBN: 2746281929 Category : Languages : en Pages : 434
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Le contexte actuel mène les concepteurs vers des systèmes toujours plus complexes et performants, intégrant un grand nombre d’éléments souvent fortement couplés et appartenant à divers champs de la physique énergétique. Après une présentation de l’approche systémique de conception, ce premier volume rassemble les points-clés permettant de modéliser et de caractériser efficacement des systèmes multiphysiques (formalismes graphiques, Bond Graphs, GIC/REM), d’analyser la qualité et la stabilité des réseaux et de contribuer à la robustesse en conception intégrée. La gestion de l’énergie des systèmes énergétiques hybrides incluant du stockage est également largement détaillée et différentes méthodes statistiques permettant de dimensionner les réseaux ou de caractériser leur sûreté de fonctionnement sont proposées (par exemple, la méthode de Monte-Carlo). Les techniques d’analyse, de synthèse et de gestion présentées dans cet ouvrage participent à l’optimisation des systèmes énergétiques. Elles sont complétées par des approches spécifiquement orientées vers la conception par optimisation, objets du second volume.
Author: Jean-Marie Tarascon Publisher: Collège de France ISBN: 2722601273 Category : Science Languages : fr Pages : 30
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Le stockage et la conversion de l’énergie sont un des grands défis scientifiques des prochaines décennies et un enjeu environnemental majeur. Quels nouveaux matériaux vont permettre de fabriquer des batteries plus efficaces et plus « propres » ? Jean-Marie Tarascon fait le point sur ces questions qui concernent notre avenir et celui de la planète. Il présente notamment les technologies à ions Lithium, l’apport des nanaotechnologies, et les recherches visant à l’élaboration des matériaux par des méthodes « bio-inspirées » : l’utilisation des matériaux d'électrodes provenant de la biomasse et obtenues par « chimie verte ».
Author: Benoît Robyns Publisher: ISTE Group ISBN: 1784050695 Category : Electric power systems Languages : fr Pages : 271
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L’essor des énergies renouvelables et le besoin de moyens de transport décarbonnés donnent un nouvel intérêt pour le stockage de l’énergie devenu désormais un élément clé du développement durable. Gestion et valorisation du stockage de l’énergie dans les réseaux électriques présente et compare les différentes technologies de stockage mises en œuvre à l’heure actuelle. Dans une perspective de développement durable, il étudie plus particulièrement l’importance de la gestion énergétique de systèmes associant source d’énergie à base de ressources renouvelables et unités de stockage, pour leur intégration harmonieuse au sein des réseaux électriques intelligents (smart grids). Pédagogique, cet ouvrage propose également des outils méthodologiques et des exemples concrets permettant la mise en place d’un système de gestion énergétique du stockage.
Author: ROBOAM Xavier Publisher: Lavoisier ISBN: 2746281937 Category : Languages : en Pages : 306
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Le contexte économique impose des systèmes toujours plus performants, minimisant coûts d’investissement et de possession. Si les méthodes d’analyse, de synthèse et de gestion présentées dans le premier volume Conception systémique pour la conversion d’énergie électrique 1 participent à l’optimisation des systèmes énergétiques, les techniques traitées dans cet ouvrage proposent d’aller encore plus loin dans la performance. La complexité de systèmes multidisciplinaires à fort degré de couplage augmentant, le processus de conception par optimisation consistant à coupler un modèle à un algorithme d’optimisation au sein d’un environnement logiciel devient dès lors indispensable. Ce volume rassemble les points-clés permettant de représenter efficacement et de façon compacte l’environnement système et les profils de mission, mais également les méthodes, modèles et outils dédiés à l’optimisation. Les approches multiniveaux de conception et l’optimisation technico-économique des réseaux électriques sont particulièrement détaillées.
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Dans le domaine aéronautique, l'optimisation du rendement énergétique global, la réduction des masses embarquées et la nécessité de répondre aux besoins énergétiques croissants conduisent à développer de nouvelles technologies et méthodes pour générer l'énergie électrique à bord, pour la distribuer, la convertir et la stocker. Dans cette thèse, des éléments de stockage de l'énergie électrique sont caractérisés dans l'optique d'être modélisés. Parmi les différents systèmes de stockage, présentés dans un état de l'art préliminaire, sont retenus les supercondensateurs et les accumulateurs électrochimiques Lithium-ion polymère, considérés respectivement comme des sources de puissance et d'énergie, à l'échelle de l'application. Ces moyens de stockage sont caractérisés par chronopotentiométrie à courant constant et par spectrométrie d'impédance électrochimique. Les essais sont éffectués dans des conditions expérimentales, définissant le domaine de validités des modèles, en cohérence avec les contraintes de l'application finale. Différents modèles sont alors développés en fonction de leur utilisation : des modèles simples, fonctionnels et suffisants pour la gestion globale d'énergie et des modèles dynamiques, comportementaux et nécessaires pour l'analyse de la qualité du réseau. Ils sont ensuite validés sur des profils de mission. Pour disposer d'un système de stockage performant et en adéquation avec les besoins énergétiques de l'aéronef, une méthode de dimensionnement est proposée, associant des composants de stockage complémentaires. Un gestion fréquentielle des sources est mise en oeuvre de manière à minimiser la masse du système de stockage.
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Ces travaux de thèse concernent l’intégration sur un bus continu et la commande des sources d'énergies renouvelables pour les systèmes de production et de stockage d'énergie électrique. Le système hybride étudié est constitué d'un générateur diesel, d'une éolienne, de panneaux photovoltaïques, et d'un banc de batteries acide-plomb le tout alimentant une charge donnée. Ces sources sont interfacées par des convertisseurs d'électronique de puissance afin de maintenir la tension du bus à une valeur de référence pour une alimentation correcte de la charge. Dans cette étude, nous avons modélisé le système multi-sources avec une représentation d’état hybride non linéaire qui utilise des variables discrètes et des variables continues. Les variables discrètes représentent les contacts de couplage permettant la connexion des convertisseurs statiques sur le bus continu. Les variables continues représentent les tensions et courants nécessaires pour satisfaire la charge. Nous avons ensuite développé une stratégie de commande hiérarchisée qui consiste à réguler la tension de bus, à adapter les taux de puissance extraits des sources et à coupler ou découpler les convertisseurs associés aux sources selon des critères de disponibilité énergétique. Les lois de commande du couplage des convertisseurs et de gestion du transfert de l'énergie sont élaborées à partir des caractéristiques de fonctionnement des convertisseurs et en particulier des variations du rapport cyclique de commande. Le rapport cyclique est un indicateur de corrélation entre la source et la charge et ses variations dépendent de la puissance extraite au niveau des sources. Nous avons montré qu’il constituait une variable de décision prioritaire dans l’optimisation énergétique des systèmes multi-sources et que son exploitation permet de réduire l’instrumentation nécessaire au fonctionnement de l’installation. A l’issue du travail, nous avons réalisé les convertisseurs d'électronique de puissance avec leurs dispositifs d'acquisition et de commande et nous avons pu valider notre approche avec des résultats expérimentaux qui mettent en évidence l'efficacité de la stratégie proposée pour la gestion de l'énergie.
Author: Ismail Oukkacha
Author: Ismail Oukkacha
Author: Kosseila Bellache
Author: Benoît Robyns
Author: Jean-Marie Tarascon
Author: ROBOAM Xavier
Author: Jean-Marie Tarascon
Author: Benoît Robyns
Author: ROBOAM Xavier
Author: Nathalie Devillers
Author: Alioune Badara Mboup