Modélisation des supercondensateurs et évaluation de leur

N° d’ordre : 3312
THÈSE
Présentée à
L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1
ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES PHYSIQUES ET DE L’INGÉNIEUR
Par Walid LAJNEF
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR
SPÉCIALITÉ : Electronique
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Modélisation des supercondensateurs et évaluation de leur
vieillissement en cyclage actif à forts niveaux de courant
pour des applications véhicules électriques et hybrides
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Soutenue le 5 décembre 2006
Après avis de :
M. Gérard COQUERY Directeur de Recherche, INRETS-LTN
M. Philippe LEMOIGNE Professeur, Ecole Centrale de Lille
Devant la commission d’examen formée de :
M. Olivier CAUMONT Responsable Développement Supercondensateurs, BATSCAP
M. Gérard COQUERY Directeur de Recherche, INRETS-LTN
M. Pascal FOUILLAT Professeur, ENSEIRB
M. Philippe LEMOIGNE Professeur, Ecole Centrale de Lille
M. Jean-Michel VINASSA Maître de Conférences, Université Bordeaux 1
M. Eric WOIRGARD Professeur, Université Bordeaux 1
-2006-

Remerciements
Ce travail de thèse a été effectué à l’IXL Laboratoire d’Etude de l’Intégration des
Composants et de Systèmes Electroniques à l’Université Bordeaux 1.
Je remercie Monsieur le Professeur André TOUBOUL, directeur du Laboratoire, pour
m’avoir acceuilli au sein de son établissement.
Je tiens à remercier Monsieur le Professeur Pascal FOUILLAT pour l’honneur qu’il
m’a fait en acceptant d’être président du jury.
Mes remerciements vont également aux rapporteurs, Monsieur Gérard COQUERY et
Monsieur Philippe LEMOIGNE pour leur lecture attentive et critique de ma thèse.
Je souhaite remercier tout particulièrmement Monsieur Olivier CAUMONT d’avoir
participer au jury et pour l’intérêt qu’il a porté à ce travail.
Que Monsieur le Professeur Christian ZARDINI soit remercié pour avoir participé au
jury en tant que memebre invité et pour le temps qu’il a consacré à la lecture du manuscrit.
Je remercie également Monsieur le Professeur Eric WOIRGARD , directeur de thèse,
pour la confiance qu’il m’a accordée et pour sa gentiellesse.
Je souhaite remercier chaleureusement Jean-Michel VINASSA pour son excellent
encadrement, ses conseils, sa motivation et sa diponibilité. A cette occasion, je souhaite lui
témoigner mon plus profond respect et ma sincère reconnaissance.
Merci à toute l’équipe « puissance » Olivier Briat, Stéphane Azzopardi, Alexandrine
Guedon, Eric Stempin, Hervé Henri et en particulier à Mathieu, Adel, Isabelle, Jean-Yves,
Hassan, Jérôme, Paul et Jean-Christophe.
Merci à tous les membres du laboratoire pour leur aide et leur sympathie.
Je tiens à exprimer ma profonde gratitude à mes parents Tahar et Naziha, mes frères
Nabil et Mohamed Ali, mes sœurs Nabila, Zouhour et Raoudha, mes beaux-frères Slah et Ali,
mes belles-sœurs Michaella et Sonia, mes neuveux Hichem, Adnen, Rayen et Aziz, mes nièces
Sarra et Khadija, ma belle famille Abdessalem, Hedia, Hichem et Salma, ma tante Naziha et
toute sa famille, mon cousin Schemes... à toute ma famille et tous mes amis.
Enfin, mes derniers mots vont à Héla pour son amour et ses encouragements. J’espère
être toujours à ses côtés et la soutenir à tout moment.

Table des matières
5
Table des matières
Introduction générale............................................................................................................... 9
Chapitre 1 :Place des supercondensateurs dans les véhicules électriques et hybrides.... 13
1.1 Introduction ................................................................................................................... 13
1.2 Véhicules électriques et hybrides : concepts et avantages ............................................ 14
1.2.1 Les véhicules “émission zéro”.................................................................................... 14
1.2.2 Les véhicules hybrides .............................................................................................. 15
1.2.2.1 Hybride série ....................................................................................................... 16
1.2.2.2 Hybride parallèle .................................................................................................. 17
1.2.2.3 Hybride série/parallèle ........................................................................................... 18
1.2.3 Les fonctionnalités propres aux véhicules hybrides...................................................... 19
1.2.3.1 Consommation zéro à l’arrêt ................................................................................... 19
1.2.3.2 Récupération de l’énergie au freinage ....................................................................... 20
1.2.3.3 Aide au décollage et assistance électrique .................................................................. 20
1.2.3.4 Mode tout électrique.............................................................................................. 20
1.3 Les sources d’énergie électrique................................................................................ 21
1.3.1 Les piles à combustible.............................................................................................. 21
1.3.2 Les batteries d’accumulateurs .................................................................................... 22
1.3.3 Les supercondensateurs ............................................................................................. 24
1.3.4 Les accumulateurs cinétiques d'énergie....................................................................... 25
1.4 Sources hybrides : découplage du besoin en énergie et en puissance ........................... 25
1.5 Spécification des besoins en puissance dans les applications VEH.............................. 27
1.6 Conclusion..................................................................................................................... 30