Characterization and modeling of electrochemical and electrostatic storage components
Caractérisation et modélisation de composants de stockage électrochimique et électrostatique
Résumé
In aeronautics, the optimization of the global energetic efficiency, the reduction of the embedded weight and the need to meet the growing energetic requirements lead to develop new technologies and methods to generate electrical energy, to distribute it, to convert it and to store it aboard. In this thesis, electrical energy storage systems are characterized with a view to be modeled. Among varied storage systems, presented in an introductory state of the art, ultracapacitors and Lithium-ion polymer secondary batteries are studied. These components are considered respectively as power and energy sources, in regards to the application scale. These storage systems are characterized by chronopotentiometry at constant current and by electrochemical impedance spectrometry. Tests are carried out in experimental conditions which define the validity area of modeling, in relation with the application constraints. Different models are developed according to their future use : simple models, which are functional and sufficient for the global energy management, and dynamics models, which are behavioral and necessary for the analysis of the network quality. Then, they validated thanks to mission profiles. Finally, to dispose of an efficient storage system that meets the energetic requirements of the aircraft, a sizing method is suggested by combining complementary storage systems. An energy management based on frequency approach is implemented in order to minimize the storage system weight.
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.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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