Caractérisation et modélisation des supercondensateurs : application aux systèmes d'automatisation "Pick and Place"
Institution:
BesançonDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The main objective of this thesis is focused on the feasibility on integratiog supercapacitors in applications with time constants less than one second such as assembly machines “Pick&Place”. We have characterized the supercapacitor with the aim of establishing a dynamic model of its behavior. The characterization method used is the impedeance spectroscopy because it helps to study its frequency behavior. Based on this characterization, an electrical model has been established. This model has the uniqueness to take into account the electrical behavior as function of load voltage, frequency and temperature with a limited nimber of components. We have shown that this model can be extended to the whole range of supercapacitor of same technology with minimum errors. The second part focuses on the study of aging effect of supercapacitor. A test bench was developed and a test of protocol has been proposed. The test bench has been validated and the results were used to assess the life of the supercapacitor under the proposed conditions. The research work ends up with original application on the supercapacitors. It is their inclusion in the assembly machines “Pick&Place” to recover energy from braking. This prevents clipping by dissipation. This would allow for significant energy savings. For this purpose, a AC/DC converter was proposed with two different topologies. Both topologies were realized. The experimental results have helped to validate the feasibility of integrating supercapacitors in applications with significant charging-discharging load currents and make a performance comparison of the proposed topologies.
Abstract FR:
L’objectif principal de ce travail de thèse a porté sur la possibilité d’intégrer les supercondensateurs dans les applications rapides avec des constantes de temps inférieures à la seconde telles que les machines d’assemblage “Pick&Place”. Nous avons caractérisé le supercondensateur dans le but d’établir un modèle comportemental dynamique du composant. La méthode de caractérisation utilisée est la spectrométrie d’impédance. Sur la base de cette caractérisation, un modèle électrique a été établi. Ce modèle a la particularité de prendre en compte le comportement électrique du supercondensateur en fonction de la tension de charge, de la fréquence et de la température et ceci avec un nombre limité de composants. La deuxième partie concerne l'étude du vieillissement des supercondensateurs. Un banc de test a été développé et un protocole d’essais a été proposé. Le banc de test a été validé et les résultats obtenus ont permis d'évaluer la durée de vie du supercondensateur dans les conditions proposées. La thèse se complète avec une application originale des supercondensateurs. Il s’agit de les intégrer dans les machines d’assemblage “Pick&Place” dans le but de récupérer l’énergie de freinage. On évite ainsi l'écrêtage par dissipation. Ceci va permettre des économies d'énergie importantes. Pour cet objectif, un convertisseur AC/DC a été proposé utilisant deux topologies différentes. Les deux topologies ont été réalisées. Les résultats expérimentaux ont permis de valider la possibilité d’intégrer les supercondensateurs dans les applications rapides avec des courants de charge-décharge importants et de faire une comparaison des performances des topologies proposées.