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Modèle de batterie générique et estimation de l'état de charge

Dekkiche, Abdelillah (2008). Modèle de batterie générique et estimation de l'état de charge. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le stockage de l'énergie électrique représente un défi majeur. Actuellement, seuls les condensateurs et les batteries d'accumulateurs sont capables de disposer d'une réserve d'énergie autonome. Il existe plusieurs types d'accumulateurs et plusieurs facteurs électriques et chimiques peuvent affectés leur performance. D'autre part, ces accumulateurs jouent un rôle primordial dans l'industrie, que ce soit dans la nouvelle génération des voitures électriques et hybrides ou dans les appareils électroniques grand publique. Afin de comprendre le comportement de l'accumulateur il est nécessaire de construire un modèle capable de prédire et simuler son fonctionnement. La difficuhé pour la modélisation d'un accumulateur réside dans la nature des phénomènes électrochimiques et dynamiques qui se manifestent pendant son fonctionnement.

L'objectif de ce projet de recherche est de proposer un modèle d'accumulateur générique capable de prédire le comportement générale de la batterie pendant son fonctionnement ainsi que la proposition d'un estimateur de l'état de charge appliqué à ce modèle. Le modèle proposé est appliqué sur les quatre types d'accumulateurs majeurs : plomb, nickel-cadmium, les hydrures métalliques de nickel et les ions de lithium. En premier temps le modèle initial proposé, dans lequel la seule variable d'état est l'état de charge de la batterie, est basé sur une source de tension en série avec une résistance variable. Cependant, ce modèle cause un problème de boucle algébrique pendant la simulation. Alors, pour remédier à cet inconvénient un deuxième modèle dérivé du premier a été proposé [I]. Ce dernier est basé sur une source de tension contrôlée en série avec une résistance fixe. Les deux modèles décrivent le comportement électrochimique de la batterie en termes de tension terminale, tension à vide, résistance interne, courant de décharge ou de charge, capacité de la batterie et l'état de charge de la batterie. Notons que ces modèles ne dépendent ni de la température ni de l'âge des batteries et on suppose que les paramètres du modèle sont identiques pour la charge et la décharge. Les deux modèles proposés représentent bien le comportement de la batterie pendant la décharge.

La connaissance de l'état de charge de la batterie constitue une clé importante dans le système de gestion d'énergie embarqué dans certains systèmes comme celui des véhicules hybrides. Vu que cette information n'est pas mesurable directement, un estimateur basé sur le filtre de Kalman non linéaire est proposé. Cet estimateur est appliqué sur le deuxième modèle de batterie [1] et donne de bons résultats dans le cas d'un courant constant et d'un courant variable.

Résumé traduit

The storage of the electrical energy represents a major challenge. At present, only capacitors and batteries are able to have a reserve of autonomous energy. There are many types of batteries and many electrics and chemicals factors that can affect their performance. On the other hand, these batteries play an essential role in industry such us the new generation of electric and hybrids cars and domestic electronic device. In order to understand battery behaviour, it is useful to develop a model able to predict and to simulate major battery operation. The difficulty for modelling battery is related to the electrochemical nature and the dynamics phenomena which occurred during battery operation. The aim of this research is to propose a generic battery model able to predict most battery behaviour during its operation and to develop a state of charge estimator applied to this generic battery model. The model of battery is applied to four major types of batteries: lead acid, nickel-cadmium, nickel-metal Hydride and lithium-ion. At first time, the initial proposed model in which the only state variable is the state of charge of the battery is based on a voltage source in serial with a variable resistance. However. this model causes an algebric loop during the simulation. Then, to fix this inconvenience a second model derived from the first was proposed [1]. This one is based on controlled voltage source in serial with constant resistance. Both models describe the electrochemical behaviour of the battery directly in terms of terminal voltage, open circuit voltage, internal rrsistance, discharge or charge current and state of charge. Let us note that those models do not depend either on the temperature or on the age of batteries and we suppose that the model parameters are identical for the charge and discharge. Both models reflect well enough the behaviour of the battery during discharge. The knowledge of the state of charge of the battery constitutes an important key in the battery management dystem embedded in specific system. Given that this information is not measurable directly, an estimator based on the nonlinear Kalman filter is proposed. This estimator is applied to the second battery model [1] and gives good results in the case of a constant and variable current.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie de la production automatisée." Bibliogr : f.[86]-87.
Mots-clés libres: accumulateur, batterie, charge, comportement, estimation, etat, generique, modele
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de thèse
Dessaint, Louis-A.
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la production automatisée
Date de dépôt: 09 août 2010 15:44
Dernière modification: 03 déc. 2016 01:33
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/120

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