Dissertations / Theses on the topic 'Battery optimisation'
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1
Hunter, Phillip M. "VRLA battery float charge : analysis and optimisation." Thesis, University of Canterbury. Electrical and Electronic Engineering, 2003. http://hdl.handle.net/10092/5594.
Full textAbstract:
This thesis investigates the float charge operation of Valve Regulated Lead Acid (VRLA) batteries in standby power applications. While the telecommunication standby power system is the targeted application, the results are applicable in any situation where VRLA batteries are subjected to long periods of float charge. The goals of float charge are identified and a test and analysis procedure is developed to provide a means of assessing the effectiveness of the applied float charge. The primary goal of float charge is to counteract the natural self-discharge of the battery and indefinitely maintain it in a fully charged state. A secondary goal of float charge is to maximise the life of the battery. This is achieved by ensuring that ageing mechanisms such as positive grid corrosion and gas venting are maintained at minimum levels.
The problems associated with conventional float charge control are investigated and, in particular, the electrode imbalance problems associated with some long life VRLA cells are detailed. These electrode imbalance problems can result in the cell suffering a gradual discharge of the negative electrode while the cell appears healthy and on a float charge. This ultimately results in reduced cell capacity and is identified as a major cause of the premature failure of long life VRLA cells.
Float charge analysis and the subsequent optimisation relies heavily on knowledge of the polarisation distribution between the positive and negative electrodes within a cell. Conventionally, this is determined with the aid of a reference electrode, although such testing is only possible in a well-controlled laboratory environment. By modelling the steady state and transient features of both the positive and negative electrodes, a test and analysis procedure is developed to estimate the polarisation distribution within a conventional 2 V VRLA cell, in effect creating a virtual reference electrode. The developed procedure exploits differences in the transient response of each electrode to estimate their polarisations at the applied float voltage. The polarisation estimations are typically accurate to within 10 mV, the window of polarisation relating to minimal positive grid corrosion is approximately 40 mV wide, and the total polarisation applied to a VRLA cell is around 130 mV. The test requires only a very low rate constant current discharge, and cell terminal voltage measurements. This test may be automated and applied to cells in field service, and provides the necessary measure to gauge float charge optimisation. The developed test is able to verify that a cell on float charge is indeed fully charged, and assists in determining the optimal float voltage for maximum cell life.
2
Yee, Timothy. "Remote Area Power System (RAPS) Battery Lifecycle Cost Optimisation." Thesis, University of Canterbury. Engineering Management, 2014. http://hdl.handle.net/10092/8952.
Full textAbstract:
The intent of this project with Powerco was to identify the cause of premature battery failure and suggest improvements to the Remote Area Power System (RAPS), which is managed by Powerco subsidiary Basepower. An evaluation matrix was used to analyse the most beneficial solution that can be implemented in the RAPS unit.
The issues that have caused the early failure for the RAPS have been determined and improvements to the system are suggested. These have been provided to the Powerco Research and Development team for consideration.
3
Green, Susan. "The optimisation of lithium sulphuryl chloride cells." Thesis, Loughborough University, 1988. https://dspace.lboro.ac.uk/2134/27797.
Full text
4
Khanaki, Razieh. "Integration of non-isolated converters in battery storage systems: Topology development, evaluation and optimisation." Thesis, Queensland University of Technology, 2021. https://eprints.qut.edu.au/208259/1/Razieh_Khanaki_Thesis.pdf.
Full textAbstract:
This thesis examines topological variations of non-isolated DC-DC converters and their implications on design parameters and configurations of battery-integrated-converter systems. Furthermore, the opportunity of increased reliability with battery-integrated-converter systems is discussed with examples for both DC-DC and DC-AC converter applications, by taking into account the module voltage, redundancy level, scheduled maintenance and converter topology factors. Moreover, the optimisation and other practical trade-offs associated with the selection of the voltage rating of battery power modules (BPMs) in a battery-integrated-converter-system from an efficiency perspective is investigated.
5
Mariani, Alessandro. "Optimisation of valve regulated lead acid battery design for high power applications." Thesis, University of South Wales, 2017. https://pure.southwales.ac.uk/en/studentthesis/optimisation-of-valve-regulated-lead-acid-battery-design-for-high-power-applications(f8316110-ebc1-4f0b-9e1b-4a66d7e50564).html.
Full text
6
El, Hage Ranine. "Etude et optimisation d'une batterie à circulation tout vanadium." Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30101.
Full textAbstract:
Le présent projet concerne la conception et l'optimisation des batteries à circulation (RFB). Ces dernières sont des dispositifs permettant la conversion électrochimique de l'énergie électrique et son stockage sous forme chimique ; le processus inverse vise à récupérer l'énergie stockée sous forme d'électricité, selon la demande. Les RFB sont bien adaptées pour répondre au caractère intermittent des ressources des énergies renouvelables. La batterie étudiée est la RFB tout vanadium (VRFB), qui a été développée dans les années 80 et dont l'avantage principal par rapport aux autres batteries à circulation (le Fe-Cr par exemple), est l'absence de contamination irréversible des deux électrolytes, ceci du faite que toutes les solutions sont des sels de vanadium. Cependant, la densité énergétique de ce système ne dépasse pas 40 Wh.kg-1 (contre ~ 150 Wh.kg-1 dans le cas des batteries stationnaires Li-ion) à cause de la faible solubilité des sels de vanadium (< 2 mol.L-1) dans l'acide sulfurique utilisé comme électrolyte support. Un objectif de la thèse est d'optimiser la formulation des mélanges d'électrolyte afin d'augmenter la densité énergétique de la batterie. Ceci consiste à i) mettre en place des méthodes électrochimiques pour la préparation, l'analyse et la caractérisation des électrolytes (posolyte V(IV)/V(V) et négolyte V(II)/V(III)) pour trouver leur composition optimale et ii) à comprendre les phénomènes physico-chimiques ayant lieu durant les cycles de charge-décharge de la batterie et déterminer les lois régissant ces processus et ainsi surmonter toute limitation éventuelle. L'étude a été menée dans une cellule classique à trois électrodes, permettant de travailler aisément avec un système électrochimique à la fois (en demi-batterie). Les résultats montrent que la présence de particules affecte négativement le courant de la batterie même si le solide permet d'augmenter la capacité de stockage. D'autre part, la présence d'un additif carboné dans le posolyte paraît avoir un effet bénéfique sur le courant grâce à l'extension du collecteur électronique dans le volume via la formation d'agrégats (percolation électronique dans la suspension). Des mesures de conductivité, masse volumique, viscosité, débit ainsi que des méthodes de caractérisation de poudre (MEB, diffraction laser) ont été réalisés et apporté les données nécessaires. Un second objectif de la thèse est la conception et l'élaboration d'une VRFB, à l'échelle laboratoire, ayant une densité énergétique supérieure à 100 Wh.kg-1, ainsi que l'optimisation tant que de possible la puissance du réacteur. Des bilans massique et énergétique sont réalisés pour les opérations de charge-décharge sous différentes conditions, afin d'établir les corrélations 'réponse du système (courant, tension et réversibilité) en fonction des divers paramètres opératoires'. Les conversions ainsi que les rendements faradiques et énergétiques sont évalués et optimisésThis research focuses on the redox flow batteries (RFBs) conception and optimization. RFBs are devices performing the electrochemical conversion of electric energy to chemical energy (to store); the reverse process allows recovering the stored energy in the form of electricity according to demand. RFBs are well adapted to energy storage from intermittent renewable energy sources. The battery studied is the all-vanadium RFB (VRFB) which was introduced in the 1980's. Owing to the nature of the electrolytes used in the VRFB, the effect of the irreversible cross-contamination, usually encountered in other RFBs such as the Fe-Cr system, is thus overcome. However, the energy density of this system remains lower than 40 Wh.kg-1 (compared to ~ 150 Wh.kg-1 for Li-ion stationary batteries) because of the low solubility (< 2 mol.L-1) of the vanadium salts in sulfuric acid, used as supporting electrolyte. An objective of this thesis is to optimize the formulation of the electrolytes in order to increase the stored energy density. This consists of: i) preparing, analyzing and characterizing the electrolytes (posolyte V(IV)/V(V) and negolyte V(II)/V(III) ), thus expecting to find their optimal composition and ii) understanding the physico-chemical phenomena occurring during the charge-discharge cycling and thus determining the laws governing these processes to overcome any eventual limitation. These aspects were studied using a classical three electrodes cell, enabling to operate with one electrochemical system at a time (the half of the battery). The presence of particles seems to negatively affect the current of the battery even if it enables to increase the stored energy density. On the another hand, the presence of carbon nanoparticles in the posolyte appears to have a beneficial effect on the current due to the increase of the electrode surface area by the formation of aggregates (electronic percolation in the suspension). This part also includes various physical measurements, such as conductivity, density, viscosity and flow rate, as well as powder characterization techniques (SEM, laser diffraction). Another objective is to conceive and elaborate a VRFB (at the laboratory scale) providing an energy density higher than 100 Wh.kg-1, and optimizing as much as possible the power density of the reactor. Mass and charge balances are performed for charge/discharge cycles, to establish correlations that link the response of the system (current, voltage, energy and reversibility) to the (influencing) operating parameters. Conversions, faradic and energy yields were evaluated and optimized
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Abdelhedi, Riadh. "Optimisation d’un système de stockage hybride de l’énergie électrique avec batterie et supercondensateurs pour véhicule électrique." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSE1347/document.
Full textAbstract:
Ce travail contribue à l’optimisation d’un système de stockage hybride couplant une batterie lithium-ion et des supercondensateurs pour les véhicules électriques. La complémentarité entre ces deux sources d’énergie permet l’amélioration des performances globales du système. Notre étude porte sur la mise en oeuvre de techniques avancées de contrôle et de gestion de l’énergie. Notre objectif est d’avoir une meilleure utilisation du système de stockage. Dans ce cadre, notre démarche est de développer une gestion d’énergie en temps réel qui tient compte des contraintes électriques et thermiques des systèmes de stockage. Une étude comparative sur les avantages et les inconvénients de différentes techniques de gestion d’énergie nous a permis d’effectuer le choix entre un partage de puissance à moindre coût et un partage performant de l’énergie entre les systèmes de stockage. Un banc expérimental a été mis en oeuvre afin de concrétiser la démarche théoriqueThis work contributes to the optimization of a hybrid storage system that combines lithium-ion batteries with supercapacitors used for electric vehicles. This hybridization structure was chosen due to the complementarity between both used storage devices. Our study focuses on the implementation of advanced energy control and management techniques. Using better the storage system represents the goal of this thesis. Our approach is to develop a real time algorithm of energy management taking into account battery electrical and thermal behaviors. A comparative study evaluates the benefits and the drawbacks of each proposed strategy in order to offer various choices between low cost power sharing solutions and control strategy with high performances. An experimental bench was implemented to apply the theoretical concept
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Khawaja, Danial. "Modeling and optimisation of a rotary kiln reactor for the processing of battery materials." Thesis, KTH, Kemiteknik, 2021. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-302460.
Full textAbstract:
Roterugnar är cylindriska kärl som används för att höja materials temperaturer i en kontinuerlig process som kallas för kalcinering. Roterugnar kan tillämpas i olika processer såsom reduktion av oxidmalm samt återvinning av farligt avfall. Fördelen med roterugnar ligger i dess förmåga att hantera råmaterial som sträcker sig från slam till granulära material med en mängd olika partikelstorlekar, och därigenom upprätthålla distinkta miljöer såsom en bädd av fasta partiklar som samexisterar med ett oxiderande fribord. Sex olika bäddbeteende har dokumenterats med avseende på fyllningsgrad samt Froude nummer. Syftet med denna studie var att utveckla en tvådimensionell suspensions modell med CFD genom att använda den kommersiella mjukvaran COMSOL 5.5 för att simulera de två faser, gas och fast, som en blandad fas efter verk av Philips et. al., Physics of Fluids A: Fluid Dynamics 4.1 (1992) 30-40 och Acrivos & Zhang., International Journal Multiphase Flow 20.3 (1994) 579-591. Denna modell undersöktes genom att jämföra den med de dokumenterade flödesregimerna samt genom parameter som partikelstorlek, partikeldensitet och viskositeten hos gas i flödesregimen känd som rullande läge. Dessutom undersöktes temperaturprofilen för den roterande ugnen genom att utforska hur blandningsvariationer av den fasta bädden i den roterande ugnen påverkas av värmeöverföringen när värme tillförs från väggen under rullande läge. Resultaten av den tvådimensionella suspension modellen visade att det var bara möjligt att simulera glidläge korrekt; andra lägen kunde inte beskrivas som dokumenterat i litteraturen. Det indikeras att vilovinkeln och viskösa krafter i den roterande ugnen var låga vilket resulterade i att suspensions modellen inte kunde avbilda exakt de återstående flödesregimerna som dokumenterat. Till exempel avbildades rullningsläget mer likt forsandeläge då partiklarna fall fritt efter höjning av bädden. Partikelstorlek och partikeldensitet har visat sig ha en betydande påverkan på suspensions modellen eftersom de viskösa krafterna blir låga för en partikelstorlek och partikeldensitet under 0,4 mm respektive 1500 kg/m3. Angående gasens viskositet visades det sig att ju närmare värdet 2.055e-3 (Pa*s) den blev desto större blev sedimentationsflödet vilket resulterade i att bäddpartiklarna dras ner och förblir där. Suspensions modellen kunde således simulera en fast och flytande fas och inte en gasfas som avsett. Slutligen visade temperaturanalysen att påverkan av den termiska konduktiviteten var mer signifikant än den specifika värmekapaciteten i intervallet 1 - 50 (W/(m*K)) respektive 300 - 800 (J/(kg*K)) på grund av den tid det tog att nå en homogen temperaturprofil.Rotary kilns are cylindrical vessels used to raise materials temperature in a continuous process known as calcination. Rotary kilns find application in various processes such as reduction of oxide ore and hazardous waste reclamation. The advantage of the rotary kiln lies in its ability to handle feedstock ranging from slurries to granular materials with a variety of particle size, thereby maintaining distinct environments such as a bed of solid particles coexisting with an oxidising freeboard. Six different bed behaviours within the kiln have been documented with respect to the filling degree and Froude number. The aim of this study was to develop a two-dimensional suspension model with CFD by using the commercial software COMSOL 5.5 to simulate the two phases, gas and solid, as a mixed phase, following the works of Philips et. al., Physics of Fluids A: Fluid Dynamics 4.1 (1992) 30-40 and Acrivos & Zhang., International Journal Multiphase Flow 20.3 (1994) 579-591. This model was investigated by comparing it against the documented flow regimes as well as through parameters such as particle size, particle density and viscosity of gas in the flow regime known as rolling mode. In addition, the temperature profile of the rotary kiln was investigated by exploring how the mixture variation of the solid bed within the rotary kiln affects the heat transfer when heat is supplied from the wall during a rolling mode. The results of the two-dimensional suspension model showed that it was only possible to simulate the slipping mode accurately; others mode could not be described as documented in literature. It is indicated that the angle of repose and viscous forces within the rotary kiln were low resulting in the suspension model not being able to accurately depict the remaining flow regimes as documented. For instance, the rolling mode was depicted more as a cataracting mode due to the free fall of particles after elevation of the bed. The particle size and the particle density were found to have a significant impact on the suspension model as the viscous forces became low for a particle size and particle density below 0.4 mm and 1500 kg/m3 respectively. As for the viscosity of gas it was found that the closer it got to the value 2.055e-3 (Pa*s) the sedimentation flux became too large resulting in the bed particles being pulled down and remaining there. Thus, the suspension model could simulate a solid and liquid phase and not a gas phase as intended. Lastly, the temperature analysis revealed that the impact of the thermal conductivity was more significant than the specific heat capacity in the range of 1 - 50 (W/(m*K)) and 300 - 800 (J/(kg*K)) respectively, due to the time it took to reach a homogeneous temperature profile.
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Rodrigues, Daniel Lionel. "Battery energy storage design optimisation sizing within a peer-to-peer energy sharing community." Diss., University of Pretoria, 2019. http://hdl.handle.net/2263/73324.
Full textAbstract:
The increase in deployment of microgrids and the mismatch between local energy generation and demand have led to an innovative and versatile peer-to-peer (P2P) energy sharing framework to manage distributed energy resources (DER). P2P energy sharing, described as the energy trade between local prosumers and consumers based on the sharing economy concept, is one effective
solution that allows excess energy from prosumers DER to be traded within their local community. P2P energy sharing exhibits superior advantages in terms of local power self-consumption, self-sufficiency and return on local generation investment compared with the conventional peer-to-grid (P2G) trading. Existing studies have shown the benefits of battery energy storage systems (BESSs) inclusion, but do not consider optimal BESS sizing with P2P energy sharing under
different BESS ownership.
For microgrids of grid-tied solar photovoltaic (PV) prosumers, two different optimal BESS ownership structures under the P2P framework, namely the ESP owned BESS structure and the User owned BESS structure, are investigated in this study which are compared to the traditional User owned BESS
structure under the P2G framework. An optimal BESS sizing model is proposed for a P2P energy sharing network (ESN) consisting of a centralised BESS owned by a third-party energy sharing provider (ESP). A multi-objective optimisation model, considering the ESP energy storage investment net present value and the ESN energy costs, is formulated incorporating the supply and demand ratio for the ESN internal pricing mechanism. It is found that for a university campus network case study that the P2P structures are more economically beneficial as they achieved greater NPVs in comparison to their BESS size. The most desirable BESS ownership structure, with the greatest NPV of $1 397 770.04 and an overall reduction in BESS size of 10%, is the User owned BESS structure with P2P energy sharing. However, that is assuming that all prosumers are willing and financially capable of investing in a BESS. The ESP owned structure was found to be less economically beneficial for the prosumers, but provided the opportunity for prosumers to engage in P2P energy sharing and reduce their energy costs without a BESS investment cost. A simplified BESS operation control is also realised with this structure.
Finally, the simulation results from the case study show an approximate linear interaction between the ESP optimal li-ion battery energy storage sizing with the amount of P2P energy sharing and the energy cost for the ESN under the time-of-use tariff. The larger the li-ion battery, the more P2P energy li-ion battery, decreases the BESS NPV and possibly making its deployment infeasible.Dissertation (MEng)--University of Pretoria, 2019.
Electrical, Electronic and Computer Engineering
MEng
Unrestricted
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Perin, Igor. "Techno-economical optimisation of 50kV AC railway networks." Thesis, Queensland University of Technology, 2020. https://eprints.qut.edu.au/204187/1/Igor_Perin_Thesis.pdf.
Full textAbstract:
Recent advances in power converter and energy storage technologies have the potential to enhance the power quality management, improve the utilization, and, consequently, reduce both capital and operational costs associated with electric railway networks.
This thesis examines the new technologies and new uses of existing technologies and their suitability for integration into the AC traction power network. It includes a comprehensive comparison of the potential technical and commercial benefits of various technologies and topologies. The study is generally applicable to 25 kV or 50 kV electric railways fed from a utility grid with commercial models similar to the one described.
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Arbeltier, Steven. "Optimisation de dépôts de LIPON par pulvérisation magnétron RadioFréquence pour la fabrication de micro-batteries. Modélisation de l'interaction plasma-surface." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS170/document.
Full textAbstract:
La miniaturisation des batteries est devenue un défi technologique pour certaines industries. Ces micro-batteries, d’une dizaine de micromètres d’épaisseur, ont pour objectif d’alimenter des systèmes de taille réduite. Le LIPON est un des électrolytes envisagés pour leur fabrication. Il est déposé en couche-mince par pulvérisation magnétron radiofréquence de Li₃PO₄ sous plasma d’azote. Cette thèse étudie le comportement des particules au sein du plasma et formant le dépôt. Des mesures expérimentales d’émission optique et de densité électronique ont été mises en place, afin de fournir des données d’entrée et de validation pour différents modèles numériques. Le premier modèle décrit la cinétique réactionnelle au coeur du plasma, en 0D, afin d’identifier les espèces chimiques majoritaires et les réactions dominantes. Ceci a permis de concevoir une cinétique simplifiée pour le second modèle, 2D, traitant le déplacement des espèces chargées dans le plasma et permettant de caractériser la pulvérisation de la cible par les ions, tant au niveau des zones de pulvérisation de leur énergie et angle d’incidence. Les résultats obtenus ont été employés dans un modèle 3D simulant les trajectoires des atomes pulvérisés, afin d’étudier la répartition atomique sur le substrat et de déduire la composition de la couche mince déposée. Des caractéristiques propres à la cible lors de la pulvérisation ont été mises en évidence et confirmées par la comparaison entre les résultats numériques et expérimentauxThe scale reduction of batteries is a real technological challenge for the near future. These micro-batteries, about ten micrometers thick, are used to supply the power for small sized systems. LIPON is one of the most suitable electrolytes considered for industrial scale production. It is deposited in thin-film by radiofrequency magnetron sputtering of Li₃PO₄ in nitrogen plasma. This thesis is focused on particles behavior in plasma and during deposition. Optical emission spectroscopy and electron density measurements have been performed, to provide data used as input or validation for several numerical models. The first model describes plasma kinetics in the magnetron reactor, as 0D global model, and helps to identify the main chemical species and important reactions. This information has been useful to define a simplified kinetics for the second model, 2D, dealing with the charged species behavior in the plasma and describing target sputtering by ion bombardment. It provides the sputtered areas, ion energy and impinging angle onto the target. These obtained results have been employed in a 3D model that simulates sputtered atoms transport from the target to the substrate and predicting the thin-film features. Some characteristics of the target during sputtering have been highlighted and confirmed by the direct comparison between numerical and experimental results
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Marino, Cyril. "Optimisation de nouvelles électrodes négatives énergétiques pour batteries lithium-ion : caractérisation des interfaces électrode/électrolyte." Thesis, Montpellier 2, 2012. http://www.theses.fr/2012MON20175/document.
Full textAbstract:
Ce mémoire est consacré à l'étude de deux matériaux d'électrodes négatives pour batteries Li-ion : NiSb2 et TiSnSb. Ces matériaux de conversion possèdent des capacités presque deux fois supérieures à celle du graphite, actuellement utilisé, mais ils souffrent i) d'une faible cyclabilité causée par les variations volumiques caractéristiques de ce type d'électrode et ii) d'une grande perte de lithium irréversible lors de la 1ère insertion due à la réactivité de surface avec l'électrolyte. Les mécanismes réactionnels avec le lithium ont été étudiés en profondeur par diffraction des rayons X, spectrométrie Mössbauer (119Sn et 121Sb). Les études in situ et ex situ en spectroscopie d'absorption X ont permis d'identifier la formation de nanoparticules de métal de transition très réactives et dont l'instabilité est probablement à l'origine des phénomènes de relaxation observés dans l'électrode à l'état déchargé. L'amélioration des performances a été réalisée grâce à l'élaboration d'électrodes composites contenant des fibres de carbone et de la CMC. Cette formulation d'électrodes permet d'atteindre une cyclabilité de 250 cycles pour TiSnSb à régimes variables entre 4C et C. L'ajout de FEC dans l'électrolyte apparait également comme une solution pour augmenter la durée de vie des électrodes.L'interface électrode/électrolyte a été analysée par Résonance Magnétique Nucléaire, Spectroscopie Photoéletronique à rayonnement X et spectroscopie infrarouge. Li2CO3 est l'espèce majoritairement formée lors de la réduction de l'électrolyte en 1ère décharge (lié à la création de nouvelles surfaces lors de la réaction et à expansion volumique). Lors de la charge, une restructuration (ou fragmentation) de la SEI (couche de passivation) est probable à cause de la contraction de l'électrode. L'épaisseur de la couche de SEI à l'interface continue de croitre après 15 cyclesThe thesis is devoted to the study of two negative electrode materials for Li-ion batteries: NiSb2 and TiSnSb. These conversion type materials have high capacities greater than graphite electrode used in current devices. However, these compounds suffer from i) a low cyclability caused by volumetric variations which are characteristic of this type of electrode, and ii) a loss of lithium (irreversible process) during the 1st insertion due to the reduction of the liquid electrolyte on the surface of active material.The mechanisms have been studied by X-Ray Diffraction, Mössbauer Spectroscopy (119Sn and 121Sb). The in situ and ex situ X-ray Absorption Spectroscopy analysis have allowed identifying both the formation of highly reactive Ti and Ni nanoparticles and a relaxation effect in the discharged electrode at 0V. The improvement of performances is based on the composite electrodes formulation using carbon fibers as conductive additive and Carboxymethyl cellulose CMC as binder. A cyclability of 250 cycles at C and 4C rate is reached for TiSnSb electrodes. The addition of Fluoro Ethylene Carbonate (FEC) in the electrolyte is another way to increase the life span of electrodes.The electrode/electrolyte interface has been analyzed by Nuclear Magnetic Resonance, X-ray Photoelectron Spectroscopy and Infrared Spectroscopy. During the discharge, among the species produced from the reduction of electrolyte Li2CO3 is in the majority because new surfaces are created (volumetric expansion). On charge, a fragmentation of the Solid Electrolyte Interphase (SEI) deposited on the surface of the active material grains is observed. Moreover, first XPS investigations have shown that the SEI thickness continuously increases on cycling
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Carter, Rebecca C. "An assessment of different optimisation schemes for hybridising a battery electric vehicle with a supercapacitor pack." Thesis, University of Strathclyde, 2010. http://oleg.lib.strath.ac.uk:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=14358.
Full text
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Sarban, Singh Ranjit Singh. "A design scheme of energy management, control, optimisation system for hybrid solar-wind and battery energy storages system." Thesis, Brunel University, 2016. http://bura.brunel.ac.uk/handle/2438/13788.
Full textAbstract:
Hybrid renewable energy system was introduced to improve the individual renewable energy power system’s productivity and operation-ability. This circumstance has led towards an extensive technological study and analysis on the hybrid renewable energy system. The extensive technological study is conducted using many different approaches, but in this research the linear programming, artificial intelligence and smart grid approaches are studied. This thesis proposed a complete hardware system development, implementation and construction of real-time DC Hybrid Renewable Energy System for solar-wind-battery energy source integrated with grid network support. The proposed real-time DC HRES hardware system adopts the hybrid renewable energy system concept which is composed of solar photovoltaic, wind energy system, battery energy storage system and grid network support. The real-time DC HRES hardware system research work is divided into three stages. Stage 1 involves modelling and simulation of the proposed system using MATLAB Simulink/Stateflow software. During this stage, system’s methodological design and development is emphasised. The obtained results are considered as fundamental finding to design, develop, integrate, implement and construct the real-time DC HRES hardware system. Stage II is designing and developing the electronic circuits for the real-time DC HRES hardware system using PROTEUS software. Real time simulation is performed on the electronic circuits to study and analyse the circuit’s behaviour. This stage also involves embedded software application development for the microcontroller PIC16F877A. Thus, continuous dynamic decision-making algorithm is developed and incorporated into microcontroller PIC16F877A. Next, electronic circuits and continuous dynamic decision-making algorithm are integrated with the microcontroller PIC16F877A as a real-time DC HRES hardware system to perform real time simulation. The real-time DC HRES hardware system simulation results are studied, analysed and compared with the results obtained in Stage 1. Any indifference between the obtained results in Stage 1 and Stage 2 are analysed and necessary changes are made. Stage 3 involves integrating, implementation and construction of real-time DC HRES. The continuous dynamic decision-making algorithm is also incorporated into the real microcontroller PCI16F877A development board. Real-time DC HRES’s experimental results have successfully demonstrated the system’s ability to perform supervision, coordination, management and control of all the available energy sources with lease dependency on the grid network. The obtained results demonstrated the energy management and optimisation of the available energy sources as primary power source deliver.
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Abdilla, Analiza. "Optimisation of small multi-rotor unmanned aerial vehicle capabilities through battery sub-division and the deployment of communication nodes." Thesis, University of Bristol, 2016. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.715816.
Full text
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Trippe, Annette Erika [Verfasser], Thomas [Akademischer Betreuer] Hamacher, Andreas [Gutachter] Jossen, Hoay Beng [Gutachter] Gooi, and Thomas [Gutachter] Hamacher. "Optimisation Model of Intelligent Charging Strategies for Battery Electric Vehicles Considering the Power System and Battery Ageing / Annette Erika Trippe ; Gutachter: Andreas Jossen, Hoay Beng Gooi, Thomas Hamacher ; Betreuer: Thomas Hamacher." München : Universitätsbibliothek der TU München, 2017. http://d-nb.info/1153122235/34.
Full text
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Charbonnier, Véronique. "Optimisation de la composition en terres rares pour des hydrures métalliques utilisés comme électrodes dans les accumulateurs Ni-MH." Thesis, Paris Est, 2015. http://www.theses.fr/2015PESC1147.
Full textAbstract:
Les batteries Ni-MH sont utilisées dans diverses applications, aussi bien stationnaires (panneaux solaires) que mobiles (véhicules hybrides). La matière active des électrodes négatives des batteries actuellement commercialisées est un alliage intermétallique de type AB5 (A = terres rares, B = métaux de transition). La demande croissante en énergie nécessite d'améliorer la capacité massique de ces accumulateurs. Pour cette raison, nous étudions de nouveaux matériaux d'électrode de type ABy (y = 3,5 ou 3,8). La structure d'empilement particulière de ces alliages composés d'unités [AB5] et [A2B4] leur confère une capacité plus importante. L'unité [A2B4] est en effet capable d'absorber davantage d'hydrogène que l'unité [AB5]. Cependant, sa stabilité au cyclage lui fait défaut. Dans cette thèse nous avons, dans un premier temps, mené une étude sur les composés binaires de type ANi3,5 et ANi3,8 (A Æ Gd, Sm ou Y) puis nous avons étudié l'évolution des propriétés thermodynamiques, électrochimiques et de corrosion et après substitutions successives de la terre rare (ou yttrium) par du magnésium puis du lanthaneNi-MH batteries are used in both stationary (solar panels) and mobile (hybrid vehicles) applications. The active material of negative electrodes currently on the market is an AB5-type alloy (A = rare earth, B = transition metal). The continuously increasing demand for energy requires improving the mass capacity of these batteries. For this reason, we study new type of electrode materials ABy (y Æ 3.5 or 3.8). The particular stacking structure of these alloys composed of [AB5] and [A2B4] units give them more capacity. Indeed, [A2B4] unit is able to absorb more hydrogen than [AB5] unit. However, stability in cycling is lowered. In this phD work we have, at first, conducted a study of binary compounds type ANi 3.5 and ANi3.8 (A = Gd, Sm ou Y), then we studied the evolution of the thermodynamic properties, electrochemical and corrosion after successive substitutions of the rare earth (or yttrium) with magnesium and lanthanum
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Neiström, Linda. "Characterisation of Used Lead-Acid Batteries for Feed Optimisation in Secondary Lead Production." Thesis, Luleå tekniska universitet, Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser, 2018. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:ltu:diva-70740.
Full textAbstract:
Used lead-acid batteries are the main raw material in secondary lead production. Technologicalprogress in the car industry, have raised concerns regarding the lead-acid battery’s leading positionas electrochemical storage system in the future. However, the lead-acid battery industry isadvancing with innovations, such as hybrid and micro-hybrid vehicles, and is believed to have acontinued important role in the rechargeable battery market. Lead is one of the most investigatedmetal due to concerns from society regarding the negative effect on human health and theenvironment. Consequently, that has led to tighter controls and regulations of the lead processingindustry which, in turn, has led to technological improvement concerning design and operation ofthe lead processing plants. Used lead-acid batteries have a complex composition with a variety ofcomponents made of lead (i.e., metallic, oxide or sulphate) and non-lead materials (plastics andelectrolyte). Traditionally, battery recycling is done without separating those components.However, to optimise the use of resources and decrease the environmental impact of secondarylead production, a pre-treatment step to the batteries recycling is desired. The pre-treatment iscomprised of breaking the batteries and separation of the battery components. The aim of the present thesis, was to study the components of a used lead-acid battery, which willbe the outgoing material of a future plastic separation plant at Boliden Bergsöe, and their effect onthe process. Furthermore, the study aimed at investigating the possibilities to adjust the feedcomposition for further process optimisation and improvement of the process quality in terms ofenergy usages and environmental impact. This was done by characterise, through qualitative andquantitative composition and mass distribution, the fractions in a used lead-acid car battery. Four lead-acid car batteries were provided for dismantling to study mass distribution, and toliberate the components for further analysis. The analytical techniques used in this study werequalitative and quantitative (Rietveld) XRD analysis, SEM-EDS and TGA. The result showed thatoverestimated amount of battery separators (PE) has been used at production planning in energyandemission calculations, which can cause financial losses due to overpaid emission tax. The pastefraction showed a large variation in mass between the studied batteries and consists mostly ofPbSO4. Large variation in the paste mass may cause uneven sulphur emission from smelter.Consequently, this reinforces the need for implementation of the separation of the battery feed fora better control of the paste addition to the smelter. When PE decomposes in the shaft furnace the remaining ash will mainly consist of silica, whichwill affect the sulphur uptake in the shaft furnace. The large content of silica leads to a lower energycontribution to the process; however, a lower content of hydrocarbons leads to lower CO2emissions. If a desulphurisation of the pastes would be implemented, it is believed to affect theprocess through a decreased need of coke and iron. A reduced usage of coke and iron would lowerthe production costs and lead to decreased CO2 emissions. A desulphurisation will also decreasethe lead sulphate content in the feed, thus lead to better control of the sulphur emissions. This study provides additional support and further insight into composition and mass distributionof the components in a lead-acid battery. Furthermore, the study indicates possible impact of thefuture separation on the new feed properties and on the subsequent processing.
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Basma, Hussein. "Energy management strategies for battery electric bus fleet." Thesis, Université Paris sciences et lettres, 2020. http://thesesprivees.mines-paristech.fr/2020/2020UPSLM036_archivage.pdf.
Full textAbstract:
Les bus électriques à batterie (BEB) représentent une solution prometteuse pour remplacer les flottes de bus diesel actuelles consommant des énergies fossiles grâce à leur efficacité énergétique élevée et à leur potentiel de réduction des émissions de gaz à effet de serre et à l’absence d’émissions de polluants atmosphériques locaux. Cependant, cette technologie doit faire face à plusieurs défis, en particulier le coût total de possession (TCO) élevé et des contraintes opérationnelles comme l’autonomie des bus, le temps et le lieu de recharge. Cette thèse présente une méthodologie systématique qui vise à développer des solutions pour surmonter ces défis en fournissant un dimensionnement des batteries et une stratégie de recharge optimales pour les BEB. D'abord, un modèle énergétique multi-physique de bus est développé pour évaluer ses besoins énergétiques en prenant en considération ses différents systèmes énergétiques. Ensuite, la consommation d'énergie du bus est évaluée dans plusieurs conditions de fonctionnement afin de quantifier sa consommation d'énergie réelle. Un modèle techno-économique d'une ligne de bus est développé afin d'évaluer l'impact des différentes stratégies de dimensionnement et de recharge des batteries sur les coûts et le fonctionnement du BEB. Ensuite, un modèle TCO est introduit en tenant compte les coûts unitaires BEB, les coûts d'achat et de remplacement des batteries, les coûts d'électricité, les coûts d'infrastructure et de maintenance. L'analyse des résultats d’un cas d’étude à Paris souligne les compromis entre le TCO et les perturbations et les retards des horaires du BEB en fonction des différentes tailles de batterie et stratégies de recharge. Enfin, une méthodologie minimisant le TCO est proposée en déterminant un dimensionnement des batteries et une stratégie de recharge optimales pour la flotte de BEB tout en garantissant l'absence de perturbation des horaires ou des interruptions du service. Elle repose sur une optimisation en deux étapes qui utilise à la fois la programmation dynamique et un algorithme génétique. Les résultats montrent que la méthodologie proposée pourrait réduire le TCO du BEB entre 15-25% par rapport aux approches actuellement adoptéesInitiatives to decrease emissions from the transport sector are increasing worldwide by seeking alternative technologies to replace oil-based mobility. Battery Electric Buses (BEB) present a promising solution thanks to their high energy efficiency, low greenhouse gas emissions and the absence of local pollutant emissions. However, this technology still faces many challenges, especially its high total cost of ownership (TCO) and other operational factors such as the limited bus driving range, the high energy refueling time, and the required charging technologies and strategies. In this context, this thesis presents a systematic methodology that aims at developing solutions to help overcoming these challenges by providing optimal battery sizing and charging strategy for BEB. First, a comprehensive multi-physical bus energy model is developed to evaluate its energy needs considering all the energy systems encountered within. The energy consumption of the bus is then evaluated at a variety of operating conditions. Then, a techno-economic model of an entire bus line is developed in order to assess the impact of different battery sizing and charging strategies on the costs and operation of BEB. A TCO model is introduced considering the BEB unit costs, battery purchase and replacement costs, energy and power costs, infrastructure, and maintenance costs. A case study in Paris city is presented and the analysis reveals the resulting tradeoff between the TCO and BEB schedule disruptions and delays as function of different battery sizes and charging strategies. A methodology to minimize the TCO of BEB deployment is presented providing the optimal battery sizing and charging strategy for BEB, while respecting the BEB operation constraints. The methodology is a 2-step optimization algorithm that utilizes both Dynamic programming and Genetic Algorithm optimization routines. The results show that the proposed methodology could reduce the BEB TCO between 15-25% compared to the currently adopted approaches to deploy BEB
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Zhao, Jianning. "Co-Optimisation du Dimensionnement et du Contrôle des Groupe Motopropulseurs Innovants." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLC057/document.
Full textAbstract:
Des technologies avancées sont très demandées dans l'industrie automobile pour respecter les réglementations de consommation de carburant de plus en plus rigoureuses. La co-optimisation du dimensionnement et du contrôle des groupes motopropulseurs avec une efficacité de calcul améliorée est étudiée dans cette thèse.Les composants des groupes motopropulseurs, tels que le moteur, la batterie et le moteur électrique, sont modélisés analytiquement au niveau descriptif et prédictif afin de permettre une optimisation du contrôle rapide et une optimisation du dimensionnement scalable. La consommation d'énergie minimale des véhicules hybrides-électriques est évaluée par des nouvelles méthodes optimales. Ces méthodes – y compris Selective Hamiltonian Minimization et GRaphical-Analysis-Based energy Consumption Optimization – permettent d'évaluer une consommation minimale d'énergie avec une efficacité de calcul améliorée. De plus, la méthode de Fully-Analytic energy Consumption Evaluation (FACE) approxime la consommation d'énergie minimale sous forme analytique en fonction des caractéristiques de la mission et des paramètres de conception des composants du groupe motopropulseur. Plusieurs cas d’études sont présentées en détail par rapport aux approches de co-optimisation à bi-niveaux et à uni-niveau, ce qui montre une réduction efficace du temps de calcul requis par le processus global de co-optimisationAdvanced technologies are highly demanded in automotive industry to meet the more and more stringent regulations of fuel consumption. Cooptimization of design and control for vehicle propulsion systems with an enhanced computational efficiency is investigated in this thesis.Powertrain components, such as internal combustion engines, batteries, and electric motor/generators, are analytically modeled at descriptive and predictive level correspondingly for the development of fastrunning control optimization and for the scalability of design optimization. The minimal fuel consumption of a hybrid-electric vehicle is evaluated through novel optimization methods. These methods – including the Selective Hamiltonian Minimization, and the GRaphical-Analysis-Based energy Consumption Optimization – are able to evaluate the minimal energy consumption with the enhanced computational efficiency. In addition, the Fully-Analytic energy Consumption Evaluation method approximates the minimal energy consumption in closed form as a function of the mission characteristics and the design parameters of powertrain components.A few case studies are presented in details via the bi-level and uni-level co-optimization approaches, showing an effective improvement in the computational efficiency for the overall co-optimization process
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N'Goran, Arnold. "Contrôle optimal et gestion énergétique d'une station d'énergie autonome par optimisation robuste." Thesis, Université Paris sciences et lettres, 2020. http://www.theses.fr/2020UPSLM050.
Full textAbstract:
Le contrôle des micro-réseaux électriques repose sur un problème d’optimisation complexe quand il doit tenir compte de la production intermittente et imparfaitement prévisible des sources d’énergie renouvelables, et de la dynamique physique court-terme des solutions de stockage mises en place pour pallier à cette intermittence. Cette thèse veut apporter un éclairage sur la performance pratique comparée des méthodes d’optimisation pour le contrôle, avec la mise en œuvre de différentes stratégies, exactes ou approchées, analytiques ou numériques, déterministes, stochastiques ou robustesPower microgrid control involves solving a complex optimisation problem when it must deal with the intermittent, poorly forecasted production of renewable energy sources and with the short-term dynamics of the storage devices used to address intermittency issue. This thesis aims to shed light on the compared practical performance of optimization methods in control with the implementation of different strategies, exact or approximated, analytical or numerical, deterministic, stochastic or robust
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Houbbadi, Adnane. "Optimisation multicritère de la gestion de la recharge d'une flotte de bus électriques." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSE1014.
Full textAbstract:
La mobilité électrique augmente de manière significative dans les transports en commun et continue de faire face à des défis importants. Les flottes de bus électriques nécessitent des performances élevées et une longévité maximale des batteries dans des conditions de température et de fonctionnement très variables. D'autre part, les exploitants de flottes de bus sont soucieux de réduire les coûts d'exploitation et de maintenance. Ces coûts sont sensibles au coût de vieillissement de la batterie qui représente une donnée économique importante pour le déploiement de flottes de bus électriques. Ces travaux de thèse présentent une approche méthodologique pour l’optimisation de la recharge d’une flotte de bus électriques au dépôt. Cette approche est basée à la fois sur la planification de la recharge et sur la modulation de la puissance afin de minimiser un critère donné ou plusieurs critères en même temps (ex : le coût de la recharge, la puissance efficace, le vieillissement des batteries…). Cette approche utilise des méthodes d’optimisation exactes ou des métaheuristiques selon le type d’optimisation (mono-objectif ou multiobjectif) et selon le critère tout en tenant compte des contraintes liées aux conditions d'exploitation du bus, aux infrastructures de recharge ainsi qu’au réseau électrique. Un développement d’un modèle électrothermique et de vieillissement des batteries lithium-ion a été réalisé en s’appuyant sur des modèles existants, des études bibliographiques ainsi que des essais expérimentaux. Un modèle « multi- mécanisme de vieillissement » basée sur la loi d’Eyring a été développé et permet de prendre en compte plusieurs phénomène de vieillissement pour des batteries de type LFP. Ce modèle peut s’adapter à différentes technologies de batterie. Afin d’illustrer notre méthodologie d’optimisation mise en oeuvre, un cas d’étude a été présentée dans le dernier chapitre et permet de montrer les possibilités de recharge intelligente d’une flotte de bus électriques offerte par l’outil développé qui permet en particulier de minimiser le vieillissement de la batterieElectro-mobility is increasing significantly in the urban public transport and continues to face important challenges. Electric bus fleets require high performance and extended longevity of lithium-ion battery in highly variable temperature and operating conditions. On the other hand, bus operators are more and more concerned in reducing operation and maintenance cost, which is sensitive to battery aging cost and represents a significant economic parameter for the deployment of electric bus fleets. This thesis presents a methodological approach for optimizing the overnight charging of an electric bus fleet to the depot. This approach is based on both charging scheduling and power modulation in order to minimize a given criterion or several criteria at the same time (e.g. the charging cost, the effective power, battery aging ...). This approach uses an exact optimization methods or Metaheuristics methods according to the type of optimization (mono-objective or multi- objective) and according to the criterion while taking into account the constraints related to bus operating conditions, charging infrastructure and the power grid. This approach has been developed to take into account several battery’s technologies as well as different types of recharging. An electro-thermal and aging model of lithium-ion batteries was developed based on existing models, literature as well as experimental tests. This allowed us to take into account the dynamics of the battery and predict the evolution of its performance when it is subject to variable conditions of use. To illustrate this methodology, a case study was presented in the last chapter and allows a smart managing of large-scale fleet of electric buses that try to maximize in particular the battery lifetime
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Duverger, Emilien. "Réseau électrique intelligent pour les nouveaux usages." Thesis, Perpignan, 2019. http://www.theses.fr/2019PERP0027/document.
Full textAbstract:
Avec la mutation du paysage énergétique due au développement des énergies renouvelables, des véhicules électriques ou encore des systèmes de stockage, le réseau électrique actuel a besoin de se moderniser. Le concept de microgrid est une solution prometteuse basée sur les technologies de l'information et de la communication pour améliorer la gestion et l'efficacité de la production, du transport, de la distribution et de la consommation de l'électricité. Cependant, les défis technico-économiques associés à leur déploiement sont encore élevés. Ces travaux de thèse ont pour but d’apporter des contributions sur plusieurs points clés : prévision de la production et de la consommation, modélisation des équipements, et optimisation de la gestion du microgrid.Rivesaltes-grid est un démonstrateur de microgrid à l'échelle d'un bâtiment industriel composé d'un champ photovoltaïque de 60 kWc, de batteries lithium-ion de 85 kWh et d'un véhicule électrique. Il a permis de développer un système de gestion de l'énergie (EMS) innovant pour optimiser l'efficacité énergétique du microgrid. Cet EMS, basé sur une gestion par commande prédictive et la résolution d'un problème d'optimisation avec contraintes, permet de réduire de 6,2% le coût de fonctionnement. Cette gestion du microgrid nécessite comme entrées : (1) la prévision de production basée sur un algorithme de forêt aléatoire et une modélisation du champ PV par modèle 1-diode, (2) la prévision de la consommation à partir de l'algorithme de partitionnement k-means++ et (3) la modélisation dynamique du système de stockage avec ses contraintesWith the transformation of the energy landscape due to the development of renewable energies, electric vehicles and storage systems, the current grid needs to be modernized. Microgrid concept is a promising solution based on information and communication technologies to improve the management and efficiency of electricity generation, transmission, distribution and consumption. However, the technical and economic challenges associated with their deployment are numerous. The thesis aims to provide contributions on several key points: production and consumption forecasting, equipment modeling, and microgrid management optimization.Rivesaltes-grid is a microgrid demonstrator on the scale of an industrial building consisting of 60 kWp photovoltaic array, 85 kWh lithium-ion batteries and an electric vehicle. It has enabled the development of an innovative energy management system (EMS) to optimize the microgrids energy efficiency. This EMS, based on predictive control management and the resolution of a constrained optimization problem, reduces operation cost by 6.2%. This microgrid management requires as input: (1) the production prediction based on a random forest algorithm and a modeling of the PV field by 1-diode model, (2) the consumption prediction from partitioning algorithm k-means++ and (3) dynamic modeling of the storage system with its constraints
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Marx, Neigel. "Gestion énergétique et dimensionnement des systèmes hybrides multi-pile à combustible et batterie pour application au transport automobile." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2017. http://www.theses.fr/2017UBFCD053/document.
Full textAbstract:
L’essor de l’électrification du secteur du transport facilite le développement de nouvelles technologies. La pile à combustible n’est pas une technologie récemment développée mais elle en profite également. Toutefois, malgré les efforts entrepris jusqu’à présent, elle reste trop couteuse et peu durable par rapport aux exigences du marché. Pour cela, augmenter le rendement du système, réduire le nombre d’auxiliaire et obtenir une meilleure compréhension des phénomènes de dégradation semblent être les pistes les plus pertinentes. Les thématiques, non centrés sur les matériaux, étudiées dans le but de pallier ces différentes barrières technologiques sont principalement orientées sur la gestion du système et la définition et le pilotage d’auxiliaires ad-hoc. En parallèle, une part grandissante de la communauté scientifique s’intéresse également aux systèmes composés de plusieurs piles à combustible, lesquels pourraient permettre de lever également ces barrières technologiques. Dans le cadre de cette thèse, c’est la gestion et le dimensionnement de systèmes multipiles hybridés avec une batterie qui sera étudié. Premièrement, nous comparerons les performances des systèmes multipiles à celles des systèmes monopiles conventionnels. Pour cela, une étude basée sur l'optimisation de la gestion énergétique du système en fonction du dimensionnement est effectuée en utilisant la programmation dynamique. La variable optimisé est le coût d’exploitation. Il prend en compte le coût du carburant et de la dégradation du système. Les résultats obtenus indiquent une nette augmentation des performances au niveau de la consommation et de la durée de vie du système en faveur des systèmes multipiles et ce quel que soit le dimensionnement envisagé. Ensuite, nous concevrons une stratégie de gestion en ligne basée sur la théorie de décision bayésienne. Cette stratégie a pour but d’optimiser la consommation et la durée de vie en se basant sur la connaissance du comportement du conducteur. Trois modules la composent. Le premier module identifie les similarités du parcours en cours à ceux déjà effectués par le conducteur. Le deuxième se sert de cette connaissance pour déterminer le nombre de systèmes piles à combustible à démarrer. Finalement, la dernière partie détermine le niveau de puissance pour chacune des sources composant le système. L’approche proposée a été comparée à d’autres méthodes de gestion énergétique et permet d’obtenir un gain de performance au niveau de la consommation et de la durée de vie du système multipile dans la plupart des cas d’utilisationThe electrification of the transportation industry is on the rise. This rise drives the development of new technologies. Although the fuel cell is not a recently developed technology, it benefits from it. However, it is still too expensive and not durable enough compared to the market's expectations. Scientific research has been focused primarily on their management and its ancillaries. Nevertheless, the interest in multistack fuel cell systems has been rising in the community.The energy management and the sizing of multistack system hybrized with a battery is the focus of this thesis. First, the performances of such systems is compared to that of single stack systems. To that end, a study based on the determination of the optimal management strategy depending on the sizing has been completed. The main tool used in this study was optimization through dynamic programming. Results show a significant increase in performance in favor of multistack systems. Then, an online energy management strategy is designed based on Bayesian decision theory. Its goal is to optimize consumption and lifetime by using driver behavior knowledge. This approach has been compared to other energy management strategies and enables performances gains in consumption and lifetime for the multistack system
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Benmouna, Amel. "Gestion énergétique reconfigurable d'un véhicule électrique basée sur l'identification en ligne des sources embarquées." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCA020.
Full textAbstract:
Ce sujet de thèse porte sur l’étude de la gestion énergétique reconfigurable d’un véhicule électrique basée sur l’identification en ligne des sources embarquées. Ces dernières années, la gestion d’énergie d’un système hybride pour les applications automobiles a fait l’objet d’un grand nombre de travaux de recherche. Dans cette étude, la chaine énergétique considérée se constitue d’une pile à combustible comme source principale, de sources de stockage à savoir les batteries et/ou les supercondensateurs, de convertisseurs pour chaque source et enfin d’une charge émulant la demande en puissance. En effet, le problème qui se pose dans les systèmes hybrides est de trouver une stratégie permettant une meilleure répartition de la puissance électrique entre les différentes sources embarquées, ce qui constitue l’apport de ce travail de recherche. Ainsi que de définir des lois de gestion énergétique en considérant des mesures faites en temps réel dans le but d’augmenter la durée de vie et la fiabilité des sources d’une part, et la disponibilité du véhicule électrique d’autre part. Dans ce travail de thèse, le contrôle non linéaire nommé IDA-PBC (Interconnection and Damping assignment-Passivity Based Control) est utilisé avec la structure PCH (Port Controlled Hamiltonian) qui permet de présenter des propriétés structurelles du système à savoir l'énergie totale du système, l'amortissement et les interconnexions d'états. La méthode IDA-PBC est une technique non linéaire puissante, elle est considérée comme un moyen général pour stabiliser une grande classe de systèmes physiques. Dans une seconde partie de ce travail, une stratégie de gestion de l'énergie optimale est proposée pour le système hybride étudié qui est la combinaison entre l’IDA-PBC et la méthode d’Hamiltonian Jacobi Bellman. La preuve de stabilité est donnée et l'efficacité de la stratégie proposée est démontrée. Plusieurs validations expérimentales valident ce travailThis thesis deals with the study of the reconfigurable energy management of an electric vehicle based on the online identification of embedded sources. In recent years, the energy management of a hybrid system for automotive applications has been the subject of a great number of research. In this study, the energy chain considered consists of a fuel cell as the main source, storage sources such as batteries and/or supercapacitors, converters for each source and finally a load emulating the power demand. Indeed, the problem in hybrid systems is to find a strategy for a better distribution of electrical power between the different embedded sources, which is the added value of this research work. As well as defining energy management laws by considering real-time measurements in order to increase the lifespan and reliability of sources on the one hand, and the availability of the electric vehicle on the other hand. In this thesis, the nonlinear control called IDA-PBC (Interconnection and Damping assignment-Passivity Based Control) is used with the PCH (Port Controlled Hamiltonian) structure which allows to present structural properties of the system namely total system energy, damping and state interconnections. The IDA-PBC method is a powerful nonlinear technique, it is considered as a general means to stabilize a large class of physical systems. In a second part of this work, an optimal energy management strategy is proposed for the hybrid system under study, which is the combination of IDA-PBC and Hamiltonian's Jacobi Bellman method. Proof of stability is provided and the effectiveness of the proposed strategy is demonstrated. Several experimental validations are presented
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Paireau, Cyril. "Optimisation de la cyclabilité de composites Si/C pour électrodes négatives d'accumulateurs Li-ion." Phd thesis, Université d'Orléans, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00802436.
Full textAbstract:
Les nouvelles technologies sont de plus en plus demandeuses de sources de forte densité d'énergie respectueuses de l'environnement. Les accumulateurs lithium-ion semblent être la meilleure solution pour les applications mobiles et pour le domaine de l'automobile. Afin de répondre aux besoins en énergie de plus en plus importants, de nouveaux matériaux d'électrode négative sont nécessaires pour remplacer le carbone qui a désormais atteint son stade de maturité. En particulier, les composites silicium/carbone (Si/C) semblent être prometteurs pour augmenter la densité d'énergie des accumulateurs mais présentent de faibles rétentions de capacité au cours du cyclage. L'amélioration de la cyclabilité des composites Si/C fait l'objet de ce travail de thèse. La synthèse des composites par atomisation avec de l'alcool polyvinylique comme précurseur carboné suivie d'une pyrolyse est présentée. Les performances électrochimiques des matériaux résultants sont comparées à celles obtenues par d'autres composites, élaborés par lyophilisation et par broyage. Les propriétés intrinsèques des composites ont été modifiées par deux voies différentes afin d'améliorer leur cyclabilité. Dans un premiers temps, les effets de la réticulation de l'alcool polyvinylique ont été étudiés, puis ceux liés à l'ajout d'un catalyseur favorisant la graphitisation du carbone. La cyclabilité des composites Si/C peut également être améliorée en modifiant la nature du liant utilisé lors de la préparation des électrodes. L'intérêt bénéfique de l'emploi de l'acide polyacrylique en remplacement du fluorure de polyvinylidène couramment utilisé dans des électrodes à base de composites Si/C est démontré.
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Lahmani, Fatine. "Conception et optimisation de circuits électroniques communicants pour une intégration au format carte bancaire : application à une serrure de vélo à assistance électrique." Phd thesis, Université de Cergy Pontoise, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01023711.
Full textAbstract:
Depuis son apparition dans les années 70, les cartes à puce ont envahi le marché mondial, leur utilisation n'a cessé d'augmenter et de se diversifier. Sans forcément nous en rendre compte, chacun de nous en a plusieurs dans son portefeuille, son sac, son attaché-case... Toutes ces cartes ont pour point commun le fait de contenir des informations sur son titulaire qui servent à son identification dans les différentes actions qu'il souhaite effectuer. Ces informations sont présentes sur la piste magnétique et/ou la puce embarquée dans la carte. Avec les progrès technologiques actuels et plus précisément la miniaturisation des composants électroniques, nous sommes de plus en plus amenés à voir des composants complexes embarqués dans des cartes à puce pour satisfaire des besoins en ressources plus grands pour des applications de plus en plus sophistiquées. L'utilisation croissante du nombre des systèmes embarqués sur une carte à puce amène à prendre en compte différentes contraintes lors de la conception. Tout d'abord, il y a celles liées aux systèmes embarqués standards, telles que la surface, la consommation et la rapidité d'exécution. Ensuite viennent celles liées à la carte à puce en elle-même, des spécificités liées à l'épaisseur et aux contraintes mécaniques. On retrouve également des contraintes de consommation et de surface. L'apparition du sans-contact a révolutionné le domaine de la carte à puce. Plus besoin d'introduire la carte dans un lecteur pour lire les informations. Les données ne transitent plus par la puce mais via l'air grâce à une antenne intégrée. Il suffit de se trouver à proximité du lecteur sans forcément sortir la carte de poche ou du sac. Elles sont connues sous le nom de cartes RFID pour Radio Frequency Identification ou identifiction par radio fréquence. D'autres contraintes de conception sont alors apparues : choix de la fréquence à laquelle va se faire la communication et l'échange des données, la géométrie de l'antenne, le choix du tag... Tous les composants ont besoin d'une source d'alimentation. Les circuits RFID basiques dits passifs puisent leur énergie dans le champ magnétique produit à proximité du lecteur mais la complexité de certains circuits nécessite la présence d'une source d'alimentation intégrée dans la carte, dans ce cas les circuits sont désignés par actifs. En général, ce sont des batteries fines et flexibles qui sont utilisées. Là aussi, la technologie a fait d'immenses progrès et des batteries plus fines et avec de plus grandes capacités voient le jour. Ce sont ces batteries qui viennent alimenter les composants de la carte. Tous ces éléments constituent un véritable circuit électronique.Cette thèse industrielle a pour but dans un premier temps de concevoir un circuit électronique embarqué dans une carte au format bancaire en répondant à un cahier des charges bien défini tout en prenant en compte les différentes contraintes imposées par ce format. Ce circuit se devra d'être flexible, autonome et consommant le moins d'énergie possible. Dans un deuxième temps, une fois le produit réalisé et validé le but est de l'optimiser en proposant des solutions afin de faire gagner du temps en amont de la conception par exemple ou en proposant des modèles simples mais qui prennent en compte toutes les contraintes liées à ce type d'applications.
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Arcaya, Jordan Alexis. "Optimisation de la consommation énergétique sous contrainte de QoS pour des lunettes connectées intelligentes." Thesis, Université Côte d'Azur, 2021. http://www.theses.fr/2021COAZ4027.
Full textAbstract:
De nos jours, de plus en plus d’objets se connectent à Internet formant l’Internet des Objets (IoT). Les wearables, une classe de dispositifs constituant l’IoT, sont des équipements portés par un utilisateur qui permettent de détecter et traiter des signaux physiologiques. Le porteur de l’équipements peut ainsi recevoir directement des informations qualitatives sur son état de santé par exemple. Les données collectées pouvant par ailleurs être transmises sur le cloud pour une analyse plus approfondie. C’est dans ce contexte que la start-up Ellcie-Healthy développe des lunettes connectées intelligentes. L’objectif est d’améliorer la qualité de vie des utilisateurs et d‘éviter certains risques pour leur santé et leur sécurité (e.g. la détection des chutes). Pour cela, de nombreux capteurs ont été intégrés dans ces lunettes connectées afin de collecter et envoyer des données physiques, physiologiques et environnementales vers une passerelle, typiquement un smartphone. Or, concevoir des dispositifs wearables comporte de nombreux challenges tels que la consommation énergétique, la qualité de service (QoS) ou leur miniaturisation. Ces contraintes de conception, telles que l’autonomie ou la QoS, doivent être adressées tôt dans la phase de conception afin de garantir un respect des contraintes et des besoins utilisateurs. Dans cette thèse, nous proposons ainsi une méthodologie basée sur une approche de modélisation de haut niveau. L’objectif est d’aider les concepteurs, tôt dans le flot de conception, à effectuer les meilleurs choix des configurations matérielles et logicielles. Dans ce but, nous avons tout d’abord proposé des modèles analytiques de consommation de puissance pour les différents modules composant les lunettes connectées. Ces modèles, élaborés à partir de données mesurées directement sur des prototypes matériels, permettent pour différents scénarios applicatifs d’estimer la puissance consommée moyenne du système, et donc son autonomie. Les contraintes de performances (ou QoS) ont également été considérées dans notre approche de niveau système. L’application de détection de l’endormissement au volant, développée par Ellcie-Healthy, a été étudiée afin d’identifier les configurations matérielles et logicielles impactant le plus la consommation énergétique et la performance (i.e. la QoS liée à la détection des clignements des yeux). Une solution, basée sur un algorithme de réseaux de neurones convolutifs (CNN), a été proposée afin d’améliorer les performances de l’application. Bien que plus contraignantes en termes de temps d’exécution et d’empreinte mémoire, nous avons montré qu’il est possible d’exécuter ce type d’algorithme CNN at the edge (i.e. sur un microcontrôleur). Durant cette thèse, un banc de test a également été développé afin d’évaluer les conditions de sécurité et le phénomène de vieillissement des batteries. L’utilisation de cette plateforme expérimentale a permis de collecter de nombreuses informations liées au processus de charge/décharge de diverses batteries utilisées par l’entreprise. Différents modèles de batterie data-driven ont ainsi été proposés et validés pour différents cas d’usage. L’ensemble de ces modèles ont été intégrés dans un environnement de simulation, permettant ainsi de modéliser et simuler les versions actuelles ou futures des lunettes connectées intelligentes. Les concepteurs peuvent alors rapidement évaluer l’impact de différentes configurations matérielles et logicielles ou de politiques de gestion de l’énergie sur l’autonomie et les performances du système. Cette méthodologie générique de modélisation et simulation permet également de considérer d’autres types de dispositifs wearablesA growing number of physical objects are being connected to the Internet at an unprecedented rate realizing the idea of the Internet of Things (IoT). Wearables are a class of IoT devices worn on the body that can detect and process physiological signals. A wearable can then give bio-feedback to the wearer or send information to the cloud for further analysis. In this context, the Ellcie-Healthy start-up is developing an intelligent and connected eyewear solution with the aim at improving the user’s quality of life and to prevent risks for their health and safety. To do so, several sensors are integrated into the wearable eyeglass to collect and send physical, physiological and environmental information towards a gateway, typically a smartphone. Designing wearable devices deals with numerous challenges such as the energy consumption, the quality of service (QoS) and the scalability, to cite only a few. Several design constraints, such as the autonomy and QoS, must be addressed early in the design flow to ensure the wearable device will meet the user requirements. In this PhD thesis, we propose a simulation flow based on a system-level modeling approach to help designers making the best choices of hardware/software settings early in the design phase. To do so, we have first developed analytical power models for the Ellcie Healthy smart glasses. These models, built from data measured on the real platform, allow estimating the average power consumption of the system, and so the battery lifetime, for different application scenarios. Then, performance constraints have also been considered in our system-level approach. The drowsiness detection application, developed at Ellcie Healthy, has been profiled to identify the hardware and software configurations impacting the most the energy consumption and the application QoS, i.e. the detection performance. A solution based on a Convolutional Neural Network (CNN) has been proposed to further improve the drowsiness detection QoS. We have also demonstrated that it is possible to execute this CNN at the edge (i.e. on a micro-controller). A battery testbench has also been developed to evaluate battery safety conditions as well as the aging phenomenon. Using this experimental platform, a significant amount of information on the battery charge/discharge process has been collected. A data-driven battery model has been proposed and validated. All these models have been integrated into a simulation framework which allows modeling and simulating existing or future versions of the smart connected glasses. Using this framework, designers can rapidly investigate trade-offs between hardware and/or software settings, as well as study system autonomy and application QoS. In addition, this simulation flow can be used to evaluate power management strategies from a high-level point of view
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Tonnelier, Gilles. "Contribution à la conception et à l'optimisation multi-physique de batterie mécaniques pour les applications mobiles." Thesis, Besançon, 2011. http://www.theses.fr/2011BESA2048.
Full textAbstract:
Pour améliorer son offre de tramway, la société ALSTOM Transport a décidé de développer une batterie mécanique qui assure l’autonomie énergétique d’un véhicule entre deux stations.Mais même si les volants d’inertie existent essentiellement depuis les années 1950 pour les applications mobiles, il n’en existe aucun qui soit conçu pour assurer 100% de l’apport énergétique pour des applications mobiles. La batterie doit donc tenir peu de place, peser le moins possible, être sûr et répondre au cahier des charges.Suite à une analyse des données bibliographiques, nous avons entrepris de développer une méthode de pré-dimensionnement multi-physique des batteries mécaniques en prenant en compte les interactions entre les différents organes majeurs de conception, alors que jusque là, les méthodes consistaient essentiellement à développer les batteries mécaniques partie par partie.Pour cela, nous avons développé un outil de conception intégré qui prend en compte les phénomènes énergétiques (énergie et puissance), mécaniques (résistance des matériaux, dynamique des rotors), électromagnétiques (moteur électrique) et géométriques (gabarit d’intégration,création des volumes). Nous avons également dû développer une méthode de sélection des matériaux pour l’usage des volants d’inertie, à partir de laquelle nous avons dressé une liste de matériaux pertinents.Nous avons montré que la conception intégrée apportait des solutions plus performantes en terme d’intégration et d’équilibre entre la partie mécanique et électromagnétique. Nous avons aussi montré que les matériaux composites ne sont pas forcément le meilleur choix de conception et que les matériaux comme les aciers hautes performances sont de très bons candidats suivant le domaine d’étude qui nous intéresse (la frontière déterminante étant la vitesse de rotation de 30000 tr/min). Nous avons montré qu’il est possible d’atteindre des domaines stables de fonctionnement, même s’il sera sans doute inévitable de passer des vitesses critiques au démarrage. La méthode de conception que nous avons développée, fait en sorte que les seuls modes dynamiques excités soient les modes de paliers, ce qui permet de traiter le problème à l’interface avec le bâti assez facilement. Elle permet également de représenter la configuration du système, de faire une analyse statique des contraintes, d’étudier les phénomènes dynamiques d’une batterie mécanique et enfin, cette stratégie permet de réaliser une optimisation global edu système par la méthode d’organisation des solutions de Kohon en.Les résultats obtenus sont significatifs car la méthode de conception systématique optimisée que nous avons développée, peut s’appliquer à tous les cas de figure. Elle permet de savoir quels matériaux choisir suivant la configuration voulue, présente graphiquement les résultats comportementaux des systèmes étudiés et apporte une connaissance du système en cours de développement. Cela permet notamment d’anticiper les évolutions potentielles de conception.Il s’agit donc d’un outil d’aide à la compréhension et à la décision en conception des batteries mécaniques.Le chemin scientifique que nous avons emprunté est celui préconisé par le Professeur Italien Giancarlo Genta, spécialiste du domaine, à la fin de ses propres études. Cette approche évolutive a permis d’accroître la connaissance des batteries mécaniques et de mieux les concevoirTo improve its tram offer, ALSTOM Transport has decided to develop a mechanical batterythat provides energy of a vehicle between two stations. But even if the flywheels are essentiallydevelopped since the 1950s for mobile applications, none of them is designed to ensure 100%of energy for mobile applications. The battery must be light, weigh as little as possible, besafe and respect the specifications.Following a bibliographic data analysis, we undertook to develop a method of pre-sizingmechanical battery by taking into account interactions between different major organs, whereaspreviously, methods were concentrated on developing mechanical batteries part by part.For this, we developed an integrated design tool that takes into account the energy (energyand power), mechanic (strength of materials, rotor dynamics), electromagnetic (electric motor)and geometric (template integration, creation of volumes). We also develop a method forselecting the right materials for flywheels, from which we have compiled a list of relevantmaterials.We have shown that the integrated design is more efficient in terms of integration andbalance between the mechanical and electromagnetic.We also showed that composite materialsare not necessarily the best design choices and materials such as high performance steels areexcellent candidates according to the study area of interest (the threshold being the criticalrotational speed 30000 rpm). We have shown that it is possible to achieve stable areas ofoperation, although it will probably be inevitable to pass critical speeds at startup. The designmethod we developed ensures that the only modes excited are the dynamic modes of bearings,which can be treaten quite easily. It can also represent the system configuration, make a staticstress analysis, study the dynamic phenomena of a mechanical battery, and finally, this methodallows an overall system optimization by the Kohonen method.The results are significant because the systematic method we developed can be applied toevery cases. It helps to know what materials to choose, the configuration you want, presentsgraphically the results of behavioral systems studied and brings a knowledge of the systemunder development. This allows us to anticipate potential changes in design. It is therefore atool for understanding and making during the design process.The scientific path that we have taken is the one advocated by Professor Giancarlo Genta,Italian specialist in the field, at the end of his own studies. This evolutionary approach hasled to increased knowledge of batteries and better mechanical design.Keywords
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Djemal, Fathi. "Analyse et optimisation des batteurs dynamiques non linéaires." Thesis, Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2015. http://www.theses.fr/2015ECAP0007/document.
Full textAbstract:
Les vibrations qui sont en général source de dérangement, d’usure et même destruction des machines et structures mécaniques doivent être contrôlées ou éliminées. Pour cette raison, la lutte contre les vibrations est devenue depuis des années un enjeu majeur pour les chercheurs de laboratoire et de développement dans l’industrie afin de développer des solutions efficaces contre ces problèmes. De nombreuses technologies ont donc été développées. Parmi ces technologies, les absorbeurs de vibration non linéaires présentent des performances importantes dans l’atténuation de vibration sur une large bande de fréquences. C’est dans ce contexte que cette thèse se focalise sur l’analyse et l’optimisation des absorbeurs de vibration non linéaires. L’objectif de cette thèse est d’analyser le comportement dynamique non linéaire des systèmes présentant des absorbeurs de vibration non linéaires. Pour cela, un modèle dynamique d’un système à deux degrés de liberté est développé mettant en équations le comportement non linéaire. La résolution des équations de mouvement est faite par la Méthode Asymptotique Numérique (MAN). La performance de cette méthode est montrée via une comparaison avec la méthode de Newton-Raphson. L’analyse des modes non linéaires du système ayant une non-linéarité cubique est faite par une formulation explicite des Fonctions de Réponse en Fréquence non linéaires (FRFs) et les Modes Normaux Non linéaires (MNNs). Un démonstrateur sur la base d’un système simple à deux degré de liberté est mis en place afin de recaler les modèles envisagés sur la base des résultats expérimentaux trouvésVibrations are usually undesired phenomena as they may cause discomfort, disturbance, damage, and sometimes destruction of machines and structures. It must be reduced or controlled or eliminated. For this reason, the vibrations attenuation became a major issue for scientists and researchers in order to develop effective solutions for these problems. Many technologies have been developed. Among these technologies, the nonlinear vibration absorbers have significant performance in the vibration attenuation over a wide frequency band. In this context, this thesis focuses on the analysis and optimization of nonlinear vibration absorbers. The objective of the thesis is to analyze the nonlinear dynamic behavior of systems with nonlinear vibration absorbers. For this, a dynamic model of a two degrees of freedom system is developed. The Asymptotic Numerical Method (ANM) is used to solve the nonlinear equations of motion. The performance of this method is shown via a comparison with the Newton-Raphson method. The nonlinear modal analysis system with cubic nonlinearity is made by an explicit formulation of the nonlinear Frequency Response Functions (FRFs) and Nonlinear Normal Modes (MNNs). An experimental study is performed to validate the numerical results
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Kerzreho, Corentin. "Caractérisation et optimisation d'une batterie électromécanique sous chargement cyclique." Cachan, Ecole normale supérieure, 2002. http://www.theses.fr/2002DENS0002.
Full textAbstract:
Ce travail s'insère dans un projet pluridisciplinaire regroupant des mécaniciens et des électrotechniciens. Il a permis de prédéfinir un module intégré de batterie électromécanique, de 3kWh pour 3kW, dans lequel l'énergie est accumulée sous forme cinétique. Ses principales caractéristiques sont un rendement élevé, une durée de vie importante et un temps de décharge minimal supérieur à l'heure. De faible coût, la batterie doit permettre de sécuriser et de réguler l'approvisionnement en courant d'un foyer ou d'un site isolé et s'associer à des moyens de production d'énergie alternative. Après une analyse des technologies existantes, les propriétés de similitude des familles de volants d'inertie sont démontrées et des coefficients représentatifs des performances sont définis en tenant compte de l'aspect cyclique du chargement. Dans le but d'établir des critères de choix pour la géométrie du volant et son matériau constitutif, cette démarche est appliquée aux principales structures de volant proposées dans la littérature pour les matériaux métalliques, composites et céramiques. Les résultats sont regroupés sous forme graphique mettant en avant les compromis entre les critères (énergie massique, énergie volumique, vitesse de rotation ou coût) par des surfaces de solution soptimales. .
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Youard, Timothy John. "Feasibility of an Electric Jetpack." Thesis, University of Canterbury. Electrical and Computer Engineering, 2010. http://hdl.handle.net/10092/5293.
Full textAbstract:
The Martin Aircraft Company Limited has been developing the Martin Jetpack for over 25 years. The recent worldwide launch of the Jetpack has enabled the company to step up its research and development programme. The goal of this project was to determine the feasibility of an electrically powered version of the Martin Jetpack. The feasibility of the Electric Jetpack was determined by researching energy storage technologies, researching power cable technologies, simulations of flight times, surveys of electric motors, and the development of a simulation program which was used to optimise some preliminary custom motor designs. The overall conclusion of this project was that the Electric Jetpack was feasible only when it was powered through a tethered power cable, and on-board energy storage was not used.
An investigation into current energy storage technologies showed that the Electric Jetpack is not considered feasible when using on-board energy storage, however it is possible to obtain flight for a very short time. The energy storage technologies studied were batteries, fuel cells, and ultra-capacitors. It was found that the best performing technology was the lithium iron nano-phosphate battery. A simulation of flight time showed that this battery type would be able to provide flight for approximately 3.6 minutes. Future trends indicated that the Electric Jetpack with on-board energy storage may eventually be feasible when using a lithium-ion based battery due to improvements being made in energy density and power density.
By using a tethered power cable, the weight of the on-board energy storage could be eliminated. This was shown to be a feasible method for powering the Electric Jetpack for applications where the Jetpack needs to only be operated in a small area. The best cable type to use was a multi-stranded flexible cable operating at a high DC bus voltage. The weight of a 5 meter power cable using a 1000 V bus voltage was shown to be 4.9 kg. Potential applications for this kind of Jetpack could include thrill rides and rescue operations from multi-storied buildings. A cable made from carbon nanotubes was shown to be a future technology that could offer a lighter cable.
A survey of currently available electric motors showed that none met both the power density and speed required by the Electric Jetpack, even when using a tethered power cable to eliminate the energy storage weight. Because of this, a custom motor design was needed. Research into motor technologies showed that the permanent magnet brushless DC (PMBLDC) motor was the most suited type for the Electric Jetpack. The permanent magnet brushless AC (PMBLAC) motor was also suitable. A PMBLDC motor simulation program was developed using MATLAB which could be used to optimise preliminary custom designs. A characterisation of allowable motor time constants for the PMBLDC motor type was made in order to speed up the simulation time.
The optimisation results showed that a power density of 5.41 kW/kg was achievable for the motor when it was located inside the ducted fan tubes, and a power density of 6.56 kW/kg was achievable when the motor was located outside the ducted fans and operated at a higher speed. The motor designs were shown to be within the expected torque per unit rotor volume (TRV) range for aerospace machines. The best power density figures would leave between 37 kg and 42 kg of weight for the motor driver/controller, cable weight, and miscellaneous motor parts. This was considered to be feasible. An FEM simulation was made on one of the optimised motor designs. The FEM results agreed with the parametric results within reasonable accuracy. The parametric back-EMF waveform over-estimated the effects of slotting.
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Bendjedia, Bachir. "Gestion et optimisation d’énergie électrique avec tolérance aux défauts d’un système hybride PàC/ batterie." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS229.
Full textAbstract:
Le travail de cette thèse s’inscrit dans une thématique qui concerne le dimensionnement optimal et la gestion d’énergie résiliente aux défauts d’un système multi-sources (hybride) pour l’alimentation d’un véhicule électrique. Dans notre cas, le système de stockage est composé d’une pile à combustible comme source principale et une source secondaire à base d’une batterie Li-ion. L’étude réalisée sur le dimensionnement montre l’intérêt de l’hybridation par rapport à un système mono-source batterie seule ou bien pile à combustible seule. L’intérêt de cette hybridation en termes de masse, de volume et de coût devient de plus en plus important en augmentant l’autonomie du véhicule. Après avoir dimensionné la source hybride pour une autonomie de 700 km, on s’est intéressé à l’influence de la technologie de la batterie et les méthodes de gestion sur les performances de la source (le volume, la masse, le cout, les contraintes électriques appliquées sur les composants et la consommation d’hydrogène du système PàC/Batterie). La partie dimensionnement est suivie par le développement d’une stratégie de gestion d’énergie originale basée sur la prise en compte de l’état de charge de la batterie (SOC) pour adapter les limites de fonctionnement de la pile à combustible. Les résultats obtenus avec cette méthode sont comparés avec deux autres stratégies de gestion d’énergie en ligne à savoir, la méthode de découpage fréquentiel et l’utilisation d’un superviseur floue. La stratégie développée a donné des bons résultats expérimentaux en termes de contraintes vues par les cellules et de consommation d’hydrogène. Malgré un bon dimensionnement de la source embarquée et une bonne optimisation de la méthode de gestion d’énergie, le système n’est pas à l’abri du défaut et peut être le siège de plusieurs défauts qui peuvent apparaitre au niveau de capteurs de tension et de courant. Afin d’assurer la continuité de service du système hybride en présence de ces défauts, une stratégie de commande tolérante aux fautes a été développée afin de garantir la stabilité de système hybride PàC/Batterie et assurer des performances acceptables en mode dégradéThe work of this thesis is part of a theme that concerns the optimal sizing and energy management resilient to the faults of a multi-source system (hybrid) for the power supply of an electric vehicle. In our case, the storage system consists of a fuel cell as the main source and a secondary source based on a Li-ion battery. The study carried out on the sizing shows the interest of the hybridization compared to a mono-source single battery or fuel cell only system. The interest of this hybridization in terms of weight, volume and cost becomes more and more important by increasing the autonomy of the vehicle. After scaling the hybrid source for a 700 km drive range, we investigated the influence of battery technology and management methods on the performance of the source (volume, mass, cost, electrical stress applied to the components and the hydrogen consumption of the Fuel Cell / Battery system).The sizing part is followed by the development of an original energy management strategy based on the state of charge of the battery (SOC) to adapt the operating limits of the fuel cell. The results obtained with this method are compared with two other online energy management strategies namely, the frequency division method and the use of a fuzzy supervisor. The strategy developed gave good experimental results in terms of constraints seen by cells and hydrogen consumption. Despite a good sizing of the on-board source and a good optimization of the energy management method, the system is not immune from the fault and can be the seat of several faults that can appear at voltage sensors. and current. In order to ensure the service continuity of the hybrid system in the presence of these faults, a fault-tolerant control strategy has been developed in order to guarantee the stability of the hybrid Fuel Cell/ Battery system and to ensure acceptable performance in degraded mode
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Abada, Sofiane. "Étude et optimisation d'un générateur photovoltaïque pour la recharge d'une batterie avec un convertisseur Sepic." Thesis, Université Laval, 2011. http://www.theses.ulaval.ca/2011/28486/28486.pdf.
Full text
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Chartrel, Thibaut. "Optimisation de liants polymères pour électrodes négatives à base de silicium d'accumulateurs Li-ion." Thesis, Amiens, 2019. http://www.theses.fr/2019AMIE0005.
Full textAbstract:
L'impact du broyage du liant polymère dans la formulation d'encre d'électrode négative à base de silicium pour la technologie Li-ion a été pour la première fois étudiée. Nous avons démontré avec l'exemple de l'acide poly(acrylique) la dégradation du liant lors de la formulation d'électrode impliquant un broyage. Nous avons proposé de nouvelles formulations d'électrode s'affranchissant de ce broyage. La nouvelle formulation [(Si+C)SPEX+LP)MAG permet une augmentation de la rétention de capacité de 65 à 84 % à 20 cycles pour une électrode riche en silicium grâce à l'absence de dégradation du liant. Un nouveau polymère, l'acide polyfumarique, a été synthétisé et utilisé en tant que liant pour électrode négative. Les performances modestes des électrodes à base de ce nouveau liant sont améliorées par l'augmentation de sa masse molaire moyenne ainsi que par la formulation d'électrode développée lors de ces travaux. Bien que les résultats électrochimiques des électrodes à base de ce polymère restent modestes, des optimisations sont possibles pour améliorer ses performances en tant que liant.Enfin, la transposition de ces travaux a été réalisée sur deux matériaux d'électrodes négatives pour accumulateurs Li-ion : TiSnSb et le composite Si:Gr. Comme décrit dans la littérature, les améliorations apportées au silicium ne sont pas strictement transposables à TiSnSb et les électrodes à base de ce matériau ne bénéficient pas d'amélioration significative de leur durée de vie grâce à la formulation développée. L'étude des différents ratios massique Si:Gr montre que le que le silicium ne doit pas dépasser 30 % de la matière active pour permettre des rétentions de capacité intéressantesBall milling impact into polymeric binder for Li-ion silicon-based negative electrode slurry was for the first time investigated. The poly(acrylic acid) degradation characterization is carried out and a solution is proposed in the form of new milling-free formulation development. [(Si+C)SPEX+B]MAG formulation then allows a capacity retention increase from 65 to 84 % at the 20th cycle for silicon rich electrode thanks to the polymeric binder ball milling deleterious absence. A polymer, poly(fumaric acid), is synthetized and used for the first time as silicon-based negative electrode binder. Its modest performance is improved by increasing its average molecular mass and the formulation developed during this work. Altough the electrochemical results of the electrodes based on this polymer are lower than those using PAA but optimizations are possible to improve its performance as a binder. Finally, the transposition of these works was carried out on two other negative electrode materials for Li-ion batteries: TiSnSb and silicon-graphite composite. As described in the literature, the silicon-based electrodes improvements are not strictly transposable to TiSnSb and the electrodes based on this material do not benefit from a significant improvement in their lifetime thanks to the formulation developed. The study of various weight ratios of Si:Gr shows that the silicon content should not be higher than 30 % in mass in the active material to allow interesting capacity retentions
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Russo, Patrice. "Contribution à l'amélioration de la gestion de l'énergie dans les applications audio embarquées." Phd thesis, INSA de Lyon, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00918487.
Full textAbstract:
Les systèmes embarqués tels que les téléphones portables ou les lecteurs multimédia intègrent de plus en plus de fonctions consommatrices d'énergie ce qui a pour conséquence directe une diminution de leurs autonomies. Les applications audio dans les téléphones cellulaires et en particulier l'application casque font partie des fonctions les plus consommatrices d'énergie. Après un état de l'art des solutions permettant l'amplification de signaux audio, l'amplificateur de classe G à été identifié comme étant le meilleur candidat pour obtenir une amélioration du rendement tout en fournissant une bonne qualité de reproduction sonore. Nos travaux se sont plus particulièrement focalisés sur la détection d'enveloppe de ces architectures qui est un facteur clé dans la maximisation du rendement. Une étude des propriétés temporelles, fréquentielles et statistiques des signaux présents en entrée de l'amplificateur a ainsi été menée pour mettre en évidence les différences entre les signaux classiquement utilisés (signal sinusoïdal) et les signaux réellement écoutés par les utilisateurs (musique). Après avoir effectué une sélection de signaux pour la suite de notre étude, nous avons également caractérisé la puissance correspondant à des conditions normales d'écoute afin d'obtenir par la suite un environnement de test proche des conditions réelles de fonctionnement. Un modèle simplifié et rapide d'amplificateur hybride permettant d'obtenir en quelques dizaines de secondes, l'évaluation du rendement, de la consommation et de la qualité sonore dans des conditions réelles de fonctionnement a été développé. Notre modèle, entièrement configurable et réadaptable à d'autres types de circuits a été validé par mesures pratiques des performances d'un amplificateur existant. Les paramètres de la détection d'enveloppe de ce modèle ont fait l'objet d'une optimisation basée sur le couplage séquentiel de deux algorithmes d'optimisation, permettant ainsi dans un temps limité d'obtenir une solution optimale sans solution de départ sous des conditions réelles d'utilisation. La suite de notre étude nous a conduit à étudier, modéliser, optimiser et comparer des amplificateurs de classe G possédant un nombre de tensions d'alimentation supérieur (3, 4) ainsi que des amplificateurs de classe H (alimentations continues) afin d'améliorer encore le rendement. Enfin, nous avons proposé une nouvelle détection d'enveloppe permettant d'améliorer le rendement à faible puissance. Cette nouvelle détection d'enveloppe permet à l'amplificateur de classe G un fonctionnement en " multi niveau " et d'être auto adaptatif au signal audio présent en entrée de l'amplificateur. Après avoir développé des méta-modèles pour optimiser les paramètres de la détection d'enveloppe, cette détection d'enveloppe a été implémentée au niveau transistor en technologie 0.25μm de ST Microelectronics.
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Reisberg, Steeve. "Biocapteur electrochimique à ADN à base de polymère conducteur : optimisation et étude du mécanisme de transduction." Paris 7, 2006. http://www.theses.fr/2006PA077220.
Full textAbstract:
Ce travail présente la mise au point et l'optimisation d'un biocapteur à ADN basé sur un polymère conducteur multifonctionnel le poly((5-hydroxy-1,4-naphtoquinone-co-3 -acide thioacétique-l,4-naphtoquinone) ou poly(Jug-co-Juga). Ce dispositif « simple de réalisation » et «intelligent», permet une détection électrochimique directe de l'hybridation par voltamétrie à vague carré (SWV). Ce système se distingue des autres dispositifs présent dans la littérature par son originalité puisqu'il il est le seul à donner une réponse électrochimique de type « signal-on », c'est-à-dire une augmentation du signal lors de l'hybridation. Il se caractérise également par sa performance. En particulier, son excellente sélectivité, puisqu'il permet la détection d'un brin cible parmi un ensemble complexe de brins non spécifiques (discrimination), ou la détection de mésappariements de deux voire d'une seule base (sélectivité). La sensibilité de ce biocapteur, (25 nmol), est comparable à ce qui se fait de mieux en terme de détection électrochimique directe. Un modèle original expliquant le mécanisme de transduction du biocapteur est développé : II a ainsi été démontré que après l'hybridation, le changement de conformation des oligonucléotides (ODN), entraîne une libération de surface et par conséquent une augmentation du signal électrochimique. Enfin, le système est étendu à un nouveau type de sonde nucléique les acides peptido- nucléiques (PNA)This work deals with the design and optimisation of a DNA biosensor based on a multi-functional conducting polymer: the pol(5-hydroxy-1,4-naphtoquinone-co-3-thioacetic acid-1,4-naphtoquinone) or poly(Jug-co-Juga). This "easy-to-make" and "intelligent" device allows the direct electrochemical detection of hybridization via the square wave voltammetry (SWV) technique. It is different from the devices presented in the literature due to its original « signal-on » operating mode, i. E. An electrical signal increase following hybridization. It exhibits very good performance: its high selectivity allows the detection of one target strand among a complex mix of non-specific strands (discrimination), or the detection of only two or even one single base mismatches. Its sensitivity (25 nmol) is comparable to the best results achieved with direct electrochemical detection. An original model has been developed to explain the sensor's transduction mechanism. It has shown that with hybridization, the oligonuclotides (ODN) conformational change leads to a surface "un-blocking" and therefore a signal increase. Finally this architecture has been extended to the use of a new nucleic probe, the PNA
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Feybesse, Adeline. "Développement et optimisation par simulation de transistors MOS verticaux de puissance adaptés au secteur automobile (batterie 42V)." Toulouse 3, 2003. http://www.theses.fr/2003TOU30252.
Full text
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Zia, Muhammad Fahad. "On energy management optimization for microgrids enriched with renewable energy sources Microgrids energy management systems: a critical review on methods, solutions, and prospects, in Applied Energy 222, July 2018 Optimal operational planning of scalable DC microgrid with demand response, islanding, and battery degradation cost considerations, in Applied Energy 237, March 2019 Energy management system for an islanded microgrid with convex relaxation, in IEEE Transactions on Industry Applications 55, Nov.-Dec. 2019 Microgrid transactive energy: review, architectures, distributed ledger technologies, and market analysis, in IEEE Access, January 2020." Thesis, Brest, 2020. http://theses-scd.univ-brest.fr/2020/These-2020-SPI-Genie_electrique-ZIA_Muhammad_Fahad.pdf.
Full textAbstract:
Le réseau électrique actuel est confronté à plusieurs défis liés aux exigences environnementales, à l'augmentation de la demande mondiale d'électricité, aux contraintes de fiabilité élevées, à la nécessité d’une énergie décarbonisée et aux restrictions de planification. Afin d’évoluer vers un système d'énergie électrique respectueux de l’environnement et intelligent, les installations de production centralisées sont de nos jours transformées en de plus petites centrales de génération distribuées. Le concept de micro-réseau émerge ainsi. Le micro-réseau peut être considéré comme un système de distribution basse tension avec un ensemble de charges contrôlables et de ressources énergétiques distribuées, qui peuvent inclure de nombreuses sources d'énergie renouvelables et des systèmes de stockage d'énergie. La gestion d’énergie d'un grand nombre de ressources énergétiques distribuées est nécessaire au bon fonctionnement d'un micro-réseau afin d’en assurer la stabilité, la fiabilité et la disponibilité. Par conséquent,un système de gestion d'énergie est au coeur de l'exploitation des micro-réseaux afin d’en assurer un développement économique et durable. À cet égard, cette thèse se focalise sur la proposition de modèles d'optimisation de système de gestion de l'énergie pour une exploitation optimale des micro-réseaux. Une gestion d’énergie optimale requiert la prise en compte de plusieurs contraintes techniques, économiques et environnementales. De plus, ces travaux de recherche prennent en considération un modèle pratique du coût de dégradation des batteries Li-ion. Le problème de gestion d’énergie optimale se traduit ainsi par un problème d’optimisation sous contraintes. La fonction objective regroupe le coût d'exploitation des générateurs distribués, le coût des émissions de gaz à effet de serre des sources de production conventionnelles, l’obligation d’une utilisation maximale des sources d'énergie renouvelables, le coût de dégradation des batteries, les différentes incitations afin de modifier le profil de la demande et des pénalités en cas de délestage. Les contraintes quant à elles sont liées aux contraintes techniques des différents sous-systèmes du micro-réseau. Par ailleurs, un modèle conceptuel complet à sept couches est également développé afin de fournir des informations normalisées sur la mise en oeuvre d’une nouvelle économie de l’énergieThe current electric power system isfacing the challenges of environmental protection,increasing global electricity demand, high reliability requirement, cleanliness of energy, and planning restrictions. To evolve towards green and smart electric power system, centralized generating facilities are now being transformed into smaller and more distributed generations. As a consequence, the concept of microgrid emerges, where a microgrid can operate as a single controllable system and can be assumed as a cluster of loads and distributed energy resources, which may include many renewable energy sources and energy storage systems. The energy management of large numbers of distributed energy resources is needed for reliable operation of microgrid system. Therefore, energy management is the fundamental part of the microgrid operation for economical and sustainable development. In this regard, this thesis focuses on proposing energy management optimization models for optimal operation of microgrid system that include proposed practical Li-ion battery degradation cost model. These different energy management models include objective functions of operating cost of distributed generators, emission cost of conventional generation source, maximum utilization of renewable energy sources, battery degradation cost, demand response incentives, and load shedding penalization cost, with microgrid component and physical network constraints. A comprehensive conceptual seven layer model is also developed to provide standardized insights in implementing real transactive energy systems
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Duffiet, Marie. "Compréhension des mécanismes structuraux limitant les performances de LiCoO2 à haut potentiel dans des batteries Li-ion et optimisations des matériaux par dopage Al." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0083.
Full textAbstract:
L’oxyde lamellaire LiCoO2 (LCO) est un des matériaux d’électrode positive les plus communément utilisés dans les batteries Li-ion commerciales. Les efforts fournis pour contrôler la morphologie des particules de LCO ont grandement contribué à améliorer la compacité des électrodes, augmentant de fait la densité d’énergie des batteries. Celle-ci pourrait être encore améliorée grâce à l’augmentation du potentiel limite haut atteint lors de la charge de la batterie.Dans une première partie de ce manuscrit, plusieurs séries de poudres de LCO ont été synthétisées en effectuant un contrôle poussé de la taille des particules et de la stoechiométrie en Li (1.00 ≤ Li/Co ≤ 1.04) dans l’optique de caractériser leurs propriétés électrochimiques. Une étude par diffraction des rayons X (DRX) in situ a permis de suivre les changements structuraux observés lors de la désintercalation des ions Li dans deux matériaux LCO chargés à 5.2 V: les transitions de phase observées dans le cas de LCO dit « stoechiométrique » (Li/Co = 1.00) s’avèrent être plus nombreuses que précédemment reporté dans la littérature scientifique. La formation des phases H1 3 et O1 est confirmée, avec l’apparition supplémentaire d’une structure hybride entre ces deux phases. L’existence de défauts dans le matériau surlithié n’empêche pas la formation des phases H1 3 et O1, mais retarde leur apparition et modifie leurs paramètres structuraux.Dans une deuxième partie, le dopage aluminium à 4%at de ces poudres est envisagé. Plusieurs matériaux LiCo0.96Al0.04O2 (LCA) à stoechiométrie Li/(Co+Al) variable ont été synthétisés par voie solide afin d’obtenir un dopage le plus homogène possible. La caractérisation fine de ces matériaux par DRX et spectroscopie RMN du solide des noyaux 7Li, 27Al, 59Co permettent de démontrer qu’une répartition d’aluminium homogène est possible au sein de LiCo0.96Al0.04O2 grâce à une préparation en deux étapes : formation d’un LCA surlithié (Li/(Co+Al) > 1.00) suivi d’un réajustement de la stoichiométrie en Li (Li/(Co+Al) = 1.00)Lithium cobalt oxide (LCO) is widely used as positive electrode material for Li-ion batteries. In order to achieve higher energy density, significant improvement of LCO’s packing density has been recently done by controlling the particles morphology and electrode processing. However, the upper charge cutoff voltage of LCO has barely changed, and would be a way to further enhance the energy density.In this PhD, we focus first in a careful preparation of different LCO samples with an accurate control of the Li stoichiometry (1.00 ≤ Li/Co ≤ 1.04) and particles size to characterize their electrochemical properties. For some selected samples, we study the phase transition mechanisms involved at high voltage during Li de intercalation using in situ synchrotron X-ray diffraction (SXRD): more phase transitions than previously reported have been evidenced for the stoichiometric LCO (Li/Co = 1.00) charged up to 5.2 V. In particular, while the formation of the H1 3 and O1 phases is confirmed, intermediate intergrowth structures are also stabilized. The existence of defects in overlithiated LCO (Li/Co > 1.00) does not hinder, but delay the formation of the high voltage of H1 3 and O1 phases, although structurally modified.In a second part, we focus on the material optimization though 4% Al-doping using a solid state route. Several compounds were prepared using various Li/(Al+Co) stoichiometries, with different particles sizes. Our efforts were dedicated to accurately characterize the Al doping homogeneity in the samples that affects the electrochemical properties. Using SXRD and 7Li, 27Al and 59Co MAS NMR as complementary tools, we show that homogeneous Al-doping in stoichiometric LCO can be achieved using Li-excess in a first step of the synthesis followed by a stoichiometry readjustment to Li/(Co+Al) = 1.00
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Dahmane, Yassir. "Gestion d'énergie optimisée étendue véhicules infrastructures." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2020. http://www.theses.fr/2020ECDN0047.
Full textAbstract:
Cette thèse de doctorat s’inscrit dans le cadre de la chaire Renault/Centrale Nantes sur l’amélioration des performances des véhicules électriques (EV/HEV). Elle est dédiée à la problématique de la gestion de la recharge des véhicules électriques, en utilisant des algorithmes d’optimisation et des stratégies de recharge intelligentes. Dans ce cadre, plusieurs contributions ont été proposées sur les sujets de la recharge intelligente d’une voiture électrique et la gestion de la recharge d’une flotte de véhicules électriques, en considérant les contraintes de mobilités (SOC désiré à la fin de la recharge et heure de dé part), la température des batteries Li-ion, les infrastructures de recharge, et le réseau électrique. Sur le sujet de la recharge intelligente d’une voiture électrique, les contributions se sont concentrées sur le développement des algorithmes embarqués permettant la planification du profil de la puissance de recharge afin de réduire le coût de la recharge. Les algorithmes proposés prennent en compte les besoins de mobilités des utilisateurs de véhicules électriques, et l’effet de la température sur la puissance de recharge des batteries Li-ion. Sur le sujet de la gestion de recharge de flotte de véhicules, les contributions portent essentiellement sur les algorithmes centralisés dans les stations de recharge de véhicules électriques. Un algorithme de recharge unidirectionnelle a été proposé afin d’évaluer le nombre optimal de véhicules électriques à recharger avec un bon niveau de satisfaction des contraintes de mobilités et sans aucun renforcement de l’infrastructure. Le passage à l’algorithme bidirectionnel est fait grâce à l’exploitation de la fonctionnalité V2G qui permettra la participation des véhicules électriques dans la régulation de fréquence. Les contributions proposées sur le premier sujet ont l’avantage d’augmenter la précision d’estimation de SOC final en très basse température, et d’être embarquable sur le véhicule grâce à la légèreté des algorithmes et la rapidité d’exécution. D’autre part, les algorithmes de gestion de recharge de flotte de véhicules permettent une intégration des véhicules électriques à grande échelle sur le réseau et montrent le potentiel des voitures électriques dans la contribution à la stabilité du réseau électrique. Les algorithmes et les stratégies développées ont été testés en simulation et seront testés sur un système de recharge de voiture électrique. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence l’avantage de la recharge intelligente sur la réduction des coûts, les bienfaits sur le réseau et l’importance de la gestion de la recharge des flottes de véhicules électriques dans développement des services réseauxThis PhD thesis is part of the Renault/Centrale Nantes chair on improving the performance of electric vehicles (EV/PHEV). It is dedicated to the problem of the charging management of electric vehicles, using optimization algorithms and smart charging strategies. In this framework, several contributions have been proposed on the topics of smart charging of an EV and the smart energy management of an EV fleet, considering the mobility constraints (desired SOC at the end of the charging and departure time), the temperature of the Li-ion bat teries, the charging infrastructures, and the power grid. On the subject of smart charging of an EV, the contributions focused on the development of embedded algorithms allowing the scheduling of the charging power profile in order to reduce the charging cost. The proposed algorithms take into account the mobility needs of electric vehicle users, and the effect of temperature on the charging power of Li-ion batteries. On the subject of fleet energy management, the contributions focus on centralized algorithms in electric vehicle charging stations. An unidirectional recharging algorithm has been proposed in or der to evaluate the optimal number of electric vehicles to be recharged with a good level of satisfaction of mobility constraints and without any infrastructure reinforcement. The switch to the bidirectional algorithm is due to the exploitation of the V2G functionality, which will allow the participation of electric vehicles in frequency regulation. The proposed contributions on the first topic have the advantage of increasing the estimation accuracy of final SOC in very low temperature, and to be embedded on the EV due to the low computational capacity of the algorithms and the speed of execution. On the other hand, the EV fleet charging manage ment algorithms allow the possibility of large-scale integration of electric vehicles on the grid and show the potential of EVs in contributing to the stability of the power grid by offering ancillary services such as frequency regulation. The algorithms and strategies developed have been tested in simulation and will be tested on an EV charging system. The results obtained have highlighted the benefits of smart charg ing on cost reduction and grid benefits and the importance of electric vehicle fleet charging management in the development of grid services
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Düllmann, Vasques Pereira Joana Lena. "Decarbonizing Public Bus Transport – a case study on Curitiba, Brazil." Thesis, KTH, Energi och klimatstudier, ECS, 2018. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-226560.
Full textAbstract:
Air pollution is becoming a major issue in cities across the world, its common cause being the use of fossil fuel combustion engines in both private and collective transport modes. However, alternative technologies, such as biofuels, hybrid and battery electric vehicles, are on the rise. The objective of this thesis is to assess the optimal system’s configuration – a combination of electric traction and the use of biofuels – in a sub-group of Curitiba’s public bus network through the application of two optimisation models – least energy consumption and least cost. Based on these models, total energy, cost and greenhouse gas (GHG) emissions can be calculated for different scenarios to identify the advantages of switching to a low-carbon system. Furthermore, these models can be used by planners and decision makers as a starting point in defining the path towards a cleaner transport system. The results from the energy optimisation indicate that electrification is key in reducing total energy consumption, as this technology is by far the most energy efficient. A 12% reduction could be achieved, when compared to the current scenario (only using diesel B7), and CO2 emissions could be cut by 74%. The cost optimisation shows that electrification is not yet cost competitive compared to other biofuels (biodiesel, bioethanol and biogas), as biodiesel is the only technology selected by the model due to its overall lower cost. Nonetheless, if electricity costs are reduced, which can be achieved, for example, through a reduction or abolition of taxes, electrification becomes an attractive alternative to biofuels. Under these conditions (40% lower electricity price), energy consumption is reduced by 5% and GHG emissions are cut down to 30%. Political will and strategies to decrease the cost of vehicles turn out to be essential in supporting electrification in public transport. Furthermore, adaptations in the time schedules and the organisation of the main transport hubs are required to accommodate battery electric buses. The number of fast charging stations is usually on a par with the number of bus routes to be electrified. Cost synergies achieved by sharing the cost of a charger among electrified routes with a common start/end stop are crucial to secure the attractiveness of e-mobility. This underlines the importance of analysing infrastructure needs in public transport networks holistically.A poluição atmosférica é um problema sério em praticamente todas as grandes cidades do mundo, sendo a sua origem mais comum, o uso de combustíveis fósseis em motores de combustão, tanto em veículos de uso privado como em veículos de transporte coletivo. No entanto, tecnologias alternativas, tais como o uso de biocombustíveis, e a utilização de veículos híbridos e elétricos, estão em expansão. Esta tese tem como objectivo avaliar a configuração ideal do sistema, utilizando, num subgrupo da rede de transportes de Curitiba, uma combinação de tração elétrica e de uso de biocombustíveis. Esta avalição é feita através da aplicação de dois modelos de optimização: menor consumo energético e menor custo global. Com base nestes dois modelos, o consumo energético e os custos globais, bem como as emissões de gases de efeito de estufa (GEE), podem ser calculados para os diferentes cenários, de modo a se identificarem as vantagens da transição para um sistema de baixo carbono. Acresce que estes dois modelos podem ser usados por planeadores e decisores, como ponto de partida na definição do caminho a seguir para a transição para um sistema de transporte mais ecológico. Os resultados da otimização do consumo energético, indicam que a eletrificação é fundamental para reduzir o consumo total de energia, pois esta tecnologia é, de longe, a mais eficiente em termos energéticos. Uma redução do consumo total de energia em 12% poderá ser alcançada em relação ao cenário actual (que use apenas o diesel B7) e as emissões de CO2 poderão ser reduzidas em 74%. Na otimização de custos, os resultados mostram que a eletrificação ainda não é competitiva em termos de custos, quando comparada com o uso de biocombustíveis (biodiesel, bioetanol e biogas), uma vez que o biodiesel é a única tecnologia selecionada pelo modelo por ter menores custos associados. No entanto, se os custos da eletricidade forem reduzidos, nomeadamente, através da diminuição ou supressão de impostos, a eletrificação torna-se uma solução atrativa. Numa situação de redução do preço da energia elétrica em 40 %, o consumo de energia é reduzido em 5% e as emissões de GEE são reduzidas para 30%. Vontade política e estratégias destinadas a diminuir o custo dos veículos elétricos, tornam-se essenciais para promover a eletrificação dos transportes públicos. Acresce que, a adaptação dos horários e a organização dos principais terminais de transporte, são necessários para possibilitar a operacionalidade dos ônibus elétricos. De acordo com os resultados dos dois modelos, o número de estações de recarga rápida é aproximadamente igual ao número de rotas de ônibus a serem eletrificadas. A redução de custos alcançada, partilhando um carregador entre rotas electrificadas com paragens inicial/final comuns, é crucial para garantir a atratividade da mobilidade eléctrica. Isto sublinha a importância dos benefícios de uma análise holística da infrastrutura de recarga nas redes de transporte público coletivo.
Luftföroreningar är en stor utmaning i städer runt om i världen. Den gemensamma orsaken är användningen av förbränningsmotorer med fossila bränslen i både privata och kollektiva transportsätt. Dock alternativt teknik, såsom biobränslen, hybrid- och batterielektriska fordon, har uppmärksammats och deras användning ökar. Syftet med denna avhandling är att bedöma det optimala systemets konfiguration - en kombination av elektrisk drivkraft och användningen av biobränslen - i Curitibas allmänna bussnät genom tillämpning av två optimeringsmodeller – en som minimiserar energiförbrukning och en som minimizerar kostnader. Baserat på dessa modeller, de totala utsläpp och energiförbrukningen, samt deras respektiva kostnader kan beräknas för olika scenarier. På detta sätt fördelarna med att byta till ett kolfrisystem identifieras. Dessutom kan dessa modeller användas av planerare och beslutsfattare som utgångspunkt för att definiera strategier mot en renare transportsystem. Resultaten från energioptimering indikerar att elektrifiering är nyckeln till att minska systemets energiförbrukning, eftersom denna teknik är överlägset mest energieffektiv. En minskning på 12% skulle kunna uppnås, jämfört med det utgångsscenariot (endast med diesel B7) och koldioxidutsläppen skulle kunna minska med 74%. Kostnadsoptimeringen visar att elektrifiering ännu inte är kostnadseffektiv jämfört med andra biobränslen (biodiesel, bioetanol och biogas). I detta scenario är biodiesel den enda tekniken som valts av modellen på grund av dess lägre kostnad. Men om elkostnaderna minskas blir elektrifiering ett attraktivt alternativ till biobränslen. Detta skulle kunna uppnås, till exempel, genom skattebefrielse. Under dessa förutsättningar (40% lägre elpris) minskas energiförbrukningen med 5% och utsläppen minskar med30%. Politisk vilja och strategier för att minska fordonskostnaden visar sig vara avgörande för att stödja elektrifiering av kollektivtrafiken i Curitiba. Dessutom anpassningar av tidstabellerna och organisationen av de viktigaste bytespunkter är nödvändiga. Antalet snabba laddstationer är vanligtvis i linje med antalet busslinjer som ska elektrifieras. Kostnadssynergier uppnås genom att dela kostnaden för en laddare bland elektrifierade linjer med ett gemensamt start / slutstopp. Det är avgörande för att säkerställa e-mobilitetens attraktivitet. Det visar också vikten av att analysera infrastrukturbehoven i kollektivtrafiknätet holistiskt.
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Yamegueu, Nguewo Daniel. "Experimentation et optimisation d'un prototype de centrale hybride solaire pv/diesel sans batterie de stockage : validation du concept "flexy energy"." Ouagadougou, 2012. http://www.theses.fr/2012PERP0001.
Full textAbstract:
Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la validation du concept « Flexy Energy » developpé par le laboratoire Energie Solaire et Economie d'Energie de la fondation 2iE. Qui consiste en la production décentralisée d’électricité via les centrales hybrides PV/diesel (gasoil et biocarburant) sans stockage d’énergie dans les batteries d’accumulateurs et avec une gestion intelligente de la production et des charges à alimenter. Une installation pilote basée sur ce concept, constituée d’un groupe électrogène de 11,5 kVA couplé à un champ PV de 2,85 kWc via un onduleur de 3,3 kW, a été mise en place dans le cadre de cette thèse. L’étude expérimentale du prototype «Flexy Energy» a permis dans un premier temps d’évaluer les performances du système (consommation spécifique du groupe Diesel et production du champ PV) pour différents profils de charge et d’ensoleillement. Cette partie de l’étude a fait ressortir la nécessité d’une gestion intelligente de la production et des charges au sein du système afin de toujours lui garantir une meilleure efficacité quelles que soient les conditions de charge. Ensuite, l’étude expérimentale a porté sur l’impact du générateur PV sur les paramètres électriques du réseau local. A ce niveau les distorsions harmoniques (en tension et en courant) ainsi que la stabilité de la tension du réseau ont été étudiés. La dernière partie de cette thèse a consisté en la modélisation et l’optimisation des systèmes hybrides PV/Diesel sans stockage. Le travail réalisé ici se positionne comme un premier pas vers des applications numériques (solutions logicielles ou progicielles) en mesure de dimensionner et d’optimiser les systèmes hybrides PV/Diesel sans stockage avec une gestion intelligente de laproduction et des chargesAn original ‘‘Flexy Energy’’ concept of hybrid solar PV/Diesel power plant, without battery storage has been developed by the Solar Energy and Energy Saving laboratory (SEESL) of 2iE foundation. This concept consists of decentralized electricity generation trough hybrid solar PV/Diesel generators systems without energy storage in batteries and with a smart management of the energy production and loads in the system. This thesis joins in the framework of the validation of this concept. In this sense, an experimental prototype based on this concept has been set up. This facility consists of a PV array of 2. 85 kWp coupled with a diesel generator rated at 9. 2 kW via a single phase inverter of 3. 3 kW. First, the experimental study of the “Flexy Energy” prototype shows that the system is efficient for periods of higher solar radiations and for higher loads. Indeed, this situation allows each generator (PV and Diesel) to operate in optimal way. This part of the study has pointed out the importance of a smart management of the energy production and loads in such a facility, in order to enhance its efficiency whatever are load conditions. A second aspect of the experimental study has concerned the impact of the PV generator on the grid electrical parameters. The voltage and current harmonic distortions, voltage unbalance and voltage rise are studied. Finally, this work concerns the modeling of hybrid PV/Diesel systems without storage. The model developed is a first stage for numerical applications (software or software package), useful in the sizing and the optimization of such systems with a smart management of energy production and loads
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Mesbahi, Tedjani. "Influence des stratégies de gestion d’une source hybride de véhicule électrique sur son dimensionnement et sa durée de vie par intégration d’un modèle multi-physique." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2016. http://www.theses.fr/2016ECLI0004/document.
Full textAbstract:
Ce mémoire contribue à l’amélioration des performances d’une source de stockage hybride embarquée alimentant un véhicule électrique. La solution investiguée est composée de l’association de batteries Li-ion et de super condensateurs, dans le but d’obtenir, par rapport aux solutions classiques, un gain en masse et en durée de vie pour une certaine plage d’autonomie du véhicule. Notre objectif est de mettre à profit l’utilisation de nouvelles méthodes de gestion de la source hybride et de quantifier le gain obtenu. Un modèle multi-physique incluant les aspects électrique, thermique et vieillissement a été développé et intégré dans l’algorithme de gestion d’énergie afin d’évaluer la dégradation progressive des performances des éléments de stockage au cours des cycles de conduite selon la stratégie de gestion implantée. De nouvelles stratégies de gestion ayant pour objectif d’agir sur la durée de vie ont été évaluées. Leur impact sur les performances de la source en termes de masse, coût et durée de vie a pu être quantifié et montre bien que par une meilleure gestion des puissances, il est possible de mieux utiliser le stockeur hybride, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles approches de gestion d’énergie pour ces systèmesThis thesis contributes to the improvement of hybrid embedded source performances supplies an electric vehicle. The studied solution is composed of Li-ion batteries and supercapacitors hybridization, with an aim to achieve improved performances in terms of weight and lifetime over traditional solutions. Our main goal is to take the best advantage of new energy management strategies of the hybrid embedded source and quantify obtained improvements. A multi-physic model including electric, thermal and aging behaviors is developed and integrated into the algorithm of energy management in order to evaluate the gradual degradation of storage components performances during driving cycles and implemented control strategy. New energy management strategies intended to act on the lifetime of hybrid embedded source have been evaluated. Their impact on the performances of the source in terms of weight, cost and lifetime has been quantified and clearly shows that it is possible to make better use of hybrid embedded source thanks to a good power sharing, thus opening the way to new approaches of energy management for these systems
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Abdelghani-Idrissi, Soufiane. "La charge rapide d'une batterie métal-air par la maîtrise de la fluidique diphasique." Electronic Thesis or Diss., Université Paris sciences et lettres, 2020. http://www.theses.fr/2020UPSLS013.
Full textAbstract:
La charge rapide des batteries métal-air représente un des verrous technologiques auquel cette technologie est confrontée. Pour répondre à cette problématique, l'électrolyte est soumis à un écoulement pour évacuer les bulles d’oxygène sources d'affaiblissement de l'efficacité de ces batteries. L’écoulement de l'électrolyte permet une réduction du potentiel des électrodes à dégagement de gaz. L’électrode présente une surface active plus élevée, réduisant son potentiel électrique pour un courant donné. La microscopie optique met en évidence le caractère bimodal de la répartition de la taille de bulles qui tend vers une répartition monomodal lorsque le débit augmente. Ces caractérisations électrochimiques et optiques apportent les informations pour développer un modèle analytique pour la prédiction du comportement dynamique de ces systèmes. Ce modèle est complété par une simulation numérique qui met en évidence les phénomènes oscillatoires mesurés à forts courants. L’optimisation énergétique du procédé est réalisée par le choix d’un débit optimal qui concilie le gain en puissance électrique et les pertes de charges hydrauliques. La diminution des pertes par l'adaptation de la géométrie de la cellule d’écoulement a été abordée. La cellule à configuration triangulaire permet une double optimisation énergétique. Ces cellules ont été testées expérimentalement et présentent de meilleures caractéristiques en termes d’évacuation naturelle et forcée des bulles. Une étude préliminaire et les perspectives de l’effet de l’écoulement sur les dendrites de zinc sont présentées. L'écoulement de l'électrolyte dans la cellule augmente le temps de court-circuitThe fast charge of metal-air batteries represent one of the main scientific and technical challenges facing this technology. Oxygen bubbles formed during the charge process has a negative impact on the performances of the cells. Using flowing electrolyte for the evacuation of oxygen bubbles leads to a decrease of the electric potential of the gas evolving electrodes. For a given current, the electrode has more active surface, decreasing its potential. Optical measurement under microscope shows the bimodal distribution of the bubbles sizes. This repartition trends to a uni-modal distribution when the flow rate of the electrolyte increases. Those electrochemical and optical characterizations bring information to develop an analytical modelling for the predictions of the dynamic behavior of these systems. A numerical simulation is also proposed to complete the analytical model. This simulation is able to reproduce the oscillatory behavior at high currents. The optimization of the energy efficiency of the process is done by calculating and choosing an optimal flow rate, corresponding to the best balance between the power gained and the hydraulic power consumed by the flow. The decrease of the hydraulic power needed is done by the adaptation of the geometry of the flow cells. Triangular configuration for the inlet and outlet zones of the flow are tested and shows better characteristics for natural and forced evacuation of the bubbles. A preliminary study and outlooks of the effect of flowing electrolyte on zinc dendrites are presented. Flowing electrolyte increase the time before a short-circuit occurs
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Lagorce, Jérémy. "Modélisation, dimensionnement et optimisation des systèmes d'alimentation décentralisés à énergie renouvelable - application des systèmes multi-agents pour la gestion de l'énergie." Phd thesis, Université de Technologie de Belfort-Montbeliard, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00604024.
Full textAbstract:
Face au défi énergétique actuel, les systèmes hybrides à énergie renouvelable apparaissent comme une solution potentielle pour la production d'électricité. Cependant, de nombreux verrous, comme par exemple le coût, l'intermittence de l'énergie produite ou encore la fiabilité de ces systèmes, empêchent le recours massif à l'utilisation de telles solutions. Afin de les surmonter, des solutions doivent être apportées aux deux problématiques majeures de ces systèmes que sont le dimensionnement optimal et la gestion de l'énergie. Cette thèse propose donc des solutions pour chacune de ces deux thématiques. La première partie de ce mémoire définit ces deux problématiques. Puis, avant de proposer certaines voies d'améliorations, les solutions déjà apportées sont analysées en soulignant leurs intérêts mais aussi leurs limites. La seconde partie détaille la solution apportée pour le dimensionnement optimal, en s'appuyant sur un système composé d'un générateur photovoltaïque (PV), de batteries et d'une pile à combustible (PàC). La solution repose sur l'utilisation d'une fonction de coût, d'un modèle énergétique permettant d'évaluer les contraintes subies par les composants et d'un algorithme génétique pour l'optimisation. A partir de deux cas d'études, les résultats d'optimisation sont donnés et l'intérêt du couplage PV-PàC est analysé. Les deux dernières parties présentent l'application du principe des systèmes multi-agents (SMA) pour la gestion d'énergie d'un système multi-sources. Le chapitre 3 expose l'intérêt de cette méthode et détaille sa mise en oeuvre. Ensuite, la création d'un modèle de simulation du système permet de valider le principe imaginé. Enfin, le dernier chapitre présente les résultats expérimentaux obtenus à partir d'un système composé de super-condensateurs, d'une batterie, d'un PV et du réseau. Pour la première fois, ces résultats montrent expérimentalement le fonctionnement d'un SMA pour la gestion d'énergie.
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Karoui, Fathia. "Optimisation de stratégies de gestion des batteries au plomb utilisées dans les systèmes photovoltaïques." Phd thesis, Grenoble INPG, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00723068.
Full textAbstract:
Les batteries à usage photovoltaïque subissent des conditions opératoires pénalisantes liées à la non maîtrise de l'énergie disponible. Les effets peuvent en être minimisées par une stratégie de gestion optimisée. Cette étude concerne la recharge à courant pulsé des batteries au plomb, les plus utilisées dans ces systèmes. Les effets de cette recharge sont mis en évidence sur des cellules de laboratoire et sur des batteries commerciales. L'influence des paramètres fréquence, rapport cyclique et taux de charge sur les profils de tension est étudiée de manière précise. Dans une seconde approche, un modèle simplifié de la batterie au plomb a été développé et validé après analyse de sa sensibilité aux paramètres ajustables. Il décrit les phénomènes de transport dans l'électrolyte de manière globale par un temps caractéristique fonction de l'état de charge, et rend bien compte des réponses en tension de la batterie après introduction des termes de non idéalité dans les tensions interfaciales.
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Semassou, Guy Clarence. "Aide à la décision pour le choix de sites et systèmes énergetiques adaptés aux besoins du benin." Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14450/document.
Full textAbstract:
L’analyse des sites éoliens et des possibilités solaires du Bénin a conduit les travaux vers les systèmes énergétiques, du type photovoltaïque autonome, couplé à des batteries de stockage. Ces systèmes énergétiques appropriés ont été analysés, modélisés et optimisés. Les critères d’optimisation sont issus d’une enquête réalisée au près des responsables qui s’occupent des questions d’électrification en milieu rural, des professionnels sélectionnés qui jouent un rôle majeur dans le processus décisionnel des projets d’électrification en milieu rural, des associations locales qui ont bénéficié de ces projets au Bénin, des techniciens et des usagers de ces systèmes. Ces critères sont hiérarchisés selon la méthode AMDEC. Une méthode d’optimisation adaptée a été réalisée ; elle fait appel à une vision originale de pondérationThe analysis of the wind sites and the solar possibilities of Benin led the works towards the energy systems, of the autonomous photovoltaic type, coupled with batteries of storage. These appropriate energy systems were analyzed, modelled and optimized. The criteria of optimization arise from a survey realized in near the persons in charge who take care of questions of electrification in rural areas, of selected professionals who play a major role in the decision-making of the projects of electrification in rural areas, local associations which benefited from these projects in Benin, from technicians and from users of these systems. These criteria are organized into a hierarchy according to the method AMDEC. A method of adapted optimization was realized; she appeals to an original vision of level-headedness
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Savard, Christophe. "Amélioration de la disponibilité opérationnelle des systèmes de stockage de l'énergie électrique multicellulaires." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEI111/document.
Full textAbstract:
Les systèmes de stockage de l'énergie électrique de forte capacité sont configurés en systèmes matriciels de cellules élémentaires. Les caractéristiques électriques de ces cellules n'évoluent pas toutes de manière identique, diminuant la disponibilité, à court terme par décharge rapide, à long terme en réduisant la durée de vie. Pour améliorer ces performances, des cellules redondantes et des circuits d'équilibrage sont insérés pour assurer une reconfiguration adéquate. Il devrait être possible d'accroître la disponibilité en reconfigurant les connexions internes. Nous comparons deux solutions classiques : série-parallèle (SP) et parallèle-série (PS) avec une nouvelle permettant de redistribuer le courant dans une batterie : le C-3C. Les performances sont évaluées en terme de fiabilité et de disponibilité. Nous proposons également un algorithme de pilotage adapté. La fiabilité est améliorable par redondance. Les cellules supplémentaires seront utilisées pour remplacer des cellules affaiblies. Le système peut également être conçu pour tolérer la défection d'une partie des cellules. Nous démontrons par des diagrammes de fiabilité et des chaînes de Markov que les architectures C-3C et PS présentent le même niveau de fiabilité, supérieur à celui d'une architecture SP. La durabilité des structures peut être améliorée en pilotant la mise en service des ressources disponibles selon différentes stratégies déclinées dans un algorithme de choix fondé sur les États de charge ou les États de Santé. Nous avons modélisé une cellule sous Matlab, en simulant les paramètres de vieillissement et leur évolution dynamique. Ainsi quelle que soit l'architecture, pour peu qu'elle comprenne une part minimale de redondance, une adéquate gestion différentiée des cellules permet une amélioration de la disponibilité de 40%. Par souci de reproductibilité, nous avons également modélisé ces structures par un réseau de Petri coloré, de manière à esquisser l'instrumentation et le dimensionnement de la commandeHigh-capacity electrical energy storage system (EESS) are often matrix-organized system with a large number of elementary storage cells. Due to manufactoring tolerances and their individual use, the electrical characteristics of these cells do not evolve in the same way. These imbalances reduce operative dependability, in the short term by contributing to a decrease of the charge-discharge capacity, in the long-term by shortening lifetime. To improve storage performance, redundant cells can be added. It is also possible, in order to increase efficiency of stored energy restitution, to balance electrical characteristics by using energy exchange forced by an adequate configuration. It should therefore be possible to increase long-term operative dependability by reconfiguring internal connections in dynamic mode. Parallel-series (PS) architecture EESS consists of the series association of blocks, made up of several cells connected in parallel. Series-Parallel dual solution (SP) associates strings of cells in parallel. If other architectures are being studied, often requiring several switches per cell to reconfigure the matrix, we propose in this thesis a new architecture, called C3C, satisfying an acceptable level of reliability and distributing current flows. We then compare the classic solutions and the C3C in terms of reliability and the long-term operative dependability and propose a reflection on the possibilities to discrete control aspects to pilot architecture with a suitable control algorithm. The reliability of any structure can be improved by redundancy, with additional cells that will be used either to replace failing cells or temporarily supplemeting the weak ones. The system may also be designed to tolerate the defect of a portion of the cells. We demonstrate by modeling reliability diagrams and Markov chains that the C3C and PS architectures have a much eigher level of reliability than a SP architecture. The sustainability of these structures can also be improved by piloting activating and rest of the available resources according to different strategies in a choice algorithm based on SoC (State of Charge) or SoH (State of Health) of each cell. To do this, we model a cell on Matlab, precisely simulating the aging parameters and their dynamic evolution. It emerges that, whatever the architecture, if it includes a minimal share of redundant cells, an adequate differentiated management of the cells allows an improvement of the long-term operative dependability of nearly 40% on average. In order to study the reconfigurability control of architectures, we propose a model based on Discrete Event Systems through a colored Petri net. Simulation of this model has reinforced the behaviors already identified
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Debert, Maxime. "Stratégies optimales multi-critères, prédictives, temps réel de gestion des flux d'énergie thermique et électrique dans un véhicule hybride." Phd thesis, Université d'Orléans, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00867007.
Full textAbstract:
La gestion d'énergie d'un véhicule hybride consiste à développer une stratégie, qui détermine à chaque instant la répartition des flux d'énergie thermique et électrique, minimisant la consommation globale du véhicule. La modélisation de la consommation du véhicule hybride permet d'écrire cette problématique sous la forme d'un problème d'optimisation dynamique sous contraintes d'évolutions. Ce problème est résolu de façon optimale lorsque l'ensemble des conditions de roulage sont connues à priori. La commande optimale obtenue sert de référence pour évaluer la performance des stratégies embarquées dans le véhicule. En s'appuyant sur la théorie de l'optimisation optimale, deux stratégies ont été crées : l'une prédictive qui a été testée sur un simulateur numérique et une autre, reposant sur le principe du problème dual, qui a été embarqué avec succès sur deux véhicules hybrides conventionnels. Pour les hybrides rechargeables, leur capacité énergétique et la possibilité de se recharger sur le réseau électrique libère des contraintes dans la problématique d'optimisation énergétique. C'est pourquoi, une nouvelle stratégie spécifique a été développée dans l'objectif de profiter au maximum de l'énergie électrique embarquée pour minimiser les émissions du véhicule. Pour l'ensemble des véhicules hybrides, la batterie est un composant clef dont le vieillissement vient modifier sa rentabilité économique et énergétique. C'est pourquoi un observateur a été conçu pour fournir une information précise de la température interne des cellules. Cette information est utilisée par une stratégie spécifique optimisant la consommation tout en préservant la batterie des températures extrêmes, nuisibles à sa longévité.