Constant power cycling for accelerated ageing of supercapacitors

Article écrit par :
Paul Kreczanik, Christian Martin, Pascal Venet, Guy Clerc, Gerard Rojat, Younes Zitouni du laboratoire Ampère à Lyon. http://www.ampere-lab.fr
Et publié à la conférence EPE 2009, à Barcelone.

Résumé

Un banc de test est constitué de 4 SC de 3000 Farad en série. Il y a 2 bancs de test. Un plus ‘’puissance’’ et l’autre plus ‘’énergie’’. La différence se situe dans la valeur de la résistance série. 

Une suite de charge et décharge à 2600 W est réalisée à l’aide d’une alimentation linéaire 30V-500A. La tension varie entre 5 et 11 V, le courant entre -500 et +300 A.

2 thermocouples sont placés sur chaque SC et des images thermiques sont faites.

Une mesure de l’impédance est réalisée avec un spectromètre Zahner IM6. Cependant, l’analyse dure 6h30 et doit être faite hors test de puissance, les SC étant déchargés après une mise en court-circuit de 4 jours.

La valeur de la capacité est mesurée pour différentes valeurs de la tension de 0 à 2,7V par pas de 0,54 V et pour 2 températures 25 et 60°C (dans une chambre thermique).

Ce résultat très intéressant montre que ce SC est capacitif jusqu’au Hertz.

Une analyse temporelle est aussi présentée.

A la figure 5, sont présentées les tensions de 4 SC pour un cycle de charge et décharge à 2600W au début et après 1500 cycles. Une chute d’environ 10% de la valeur des capacités et une augmentation de 6 à 13% de la valeur de l’esr sont observées.

Une mesure avec une caméra thermique permet de vérifier que le SC qui a l’esr la plus grande.

A la figure 6, est représentée l’évolution de la valeur de la capacité moyenne du banc de test ‘’puissance’’.

Ensuite, une analyse de la durée de vie, mesurée pour 20% de chute de la valeur de la capacité, est effectuée pour différentes valeur de la température du boitier.

Critiques - Éléments de réflexion - Questions :

•         Présentation des essais très détaillée
•         Etudes intéressantes
•         Pour quelles raisons les deux bancs se comportent de manière différente ?
•        Existe-t-il une modélisation physico-chimique des phénomènes observés ?
•         Bibliographie à explorer pour des éléments de modélisation physico-chimique.

Références bibliographiques

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[10] O. Bohlen, J. Kowal, D. U. Sauer: « Ageing behaviour of electrochemical double layer capacitors

Part II. Lifetime simulation model for dynalic applications » Journal of Power Sources 173, 2007

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[19] Y. Diab, « Etude et modélisation des supercondensateurs : Applications aux systèmes de puissance », thèse doctorat, electronics, electrical engineering, Automatic Graduate school of Lyon,

August 2009

des ''facebook'' pour chercheurs

Article paru dans le complément ''science & techno'' du journal Le Monde du samedi 14 janvier 2012.

Optimal design of permanent-magnet direct-drive generator for wind energy considering the cost uncertainty in raw materials

Présentation d'un article posté par Judicaël Aubry (judicael.aubry@bretagne.ens-cachan.fr)

Article écrit par Manuel Pinilla et Sergio Martinez du ''Department of Electrical Engineering'', ETSI Industriales, Universidad Politecnica de Madrid, et par Jose Gutierrez Abascal, 2, 28006 Madrid, Spain

lien pour télécharger cet article :
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960148111006070

Intérêt : Démarche d’optimisation robuste vis à vis de paramètres de cout de matières premières

Résumé :

Introduction   

Comment prendre en compte l'aspect incertain de certains paramètres d'un problème d'optimisation de dimensionnement de machines?

       

Approche

Les paramètres incertains considérés sont les paramètres de cout massique des trois matériaux principaux utilisés pour la construction d'une génératrice à aimants permanents : aimants, fer et cuivre.

       

Les auteurs définissent ainsi des scénarios de cout, plus ou moins probables : optimiste, moyen et pessimiste. Chacun des 27 (3*3*3) cas possibles est alors traité de façon déterministe. Au final la solution retenue ne doit pas être trop sensible en termes de valeur de fonction objectif.

       

Ils définissent alors une « fonction de regret » comme la différence entre la valeur optimale de la fonction objectif (obtenue avec le dimensionnement optimal) et celle obtenue avec un autre dimensionnement.

       

Une autre fonction : « value of perfect information » est alors définie comme la valeur moyenne des fonctions de regrets d'un dimensionnement sur l'ensemble des scénarios de cout (valeur moyenne qui doit être pondérée par la probabilité de chacun des scénarios)

       

« The best machine from a stochastic point of view is that which minimizes the value of the perfect information, since the quality of the design, in terms of fitness function, is less dependent on the future cost’s scenario »

       

Variables de dimensionnement

D         Airgap diameter

L          Airgap lengthP Number of pole pairs

hs        Slot height

r           Slot width (bs) to tooth pitch (bs þ bt) ratio

tm        Magnet thickness

rc         Yoke butt thickness (hc) to pole pitch ratio

am       Magnet span to pole pitch ratio

         

Modèle de cout

En plus de prendre en compte les couts des matières premières, les auteurs font l'effort d'évaluer aussi des couts de fabrication sur la base de temps et de couts unitaires d'opération de fabrication.

 par ex 112 tôles assemblées par h, les couts ont été normalisés et exprimés en MU «Monetary Unit » , à mon avis pour des raisons de secret industriel...

       

Une phrase importante à mon sens, car c'est aussi une des principales conclusion de mes travaux de thése : « The electrical machine is part of a larger system, which is the wind turbine, what provides to the generator with the mechanical power that it changes into electrical power. The cost of energy considered has to be the cost of energy of the whole system. Otherwise the solution found could be optimal for the subsystem but totally flawed for the whole system. For instance, minimizing the cost of energy considering just the generator could lead to a low efficient but very cheap machine. »

       

Le cout de l’énergie est évaluée sur un certain nombre de points de fonctionnements (10) correspondants à différentes vitesses de vent.

       

Résultats

Je vous laisse consulter l'article.

Mais les auteurs semblent rencontrer quelques problèmes de convergence. En effet certaines solutions optimales pour un scénario de cout #1 se révèlent être meilleures sur un scénario #2 que celles qui ont justement été optimisées pour ce dernier.

      

Critiques - Éléments de réflexion - Questions  :

·         Les modèles physiques ne sont pas développés. Cela est gênant compte tenu des performances importantes des solutions optimales en terme de pression tangentielle (4 N/m2 au minimum). On lit entre les lignes que la surface d’échange thermique est multipliée par 3 grâce à des ailettes mais rien sur la valeur du coefficient d’échange thermique retenue. Le couple massique est de l’ordre de 20 N.m/kg

·         Pas de prise en compte du convertisseur électronique de puissance.

·         L’approche globale est intéressante car c’est d’abord une étude de sensibilité croisée entre trois paramètres. Notons que cela est plus facile à réaliser en mono qu’en multi objectif. Ensuite le définition d’une fonction de regret est a mon sens pertinente dans le but de trouver une solution optimale robuste vis à vis de ces paramètres de cout.

R

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