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Transfert de connaissances vers l'industrie

Nos Thèses par thème

Sciences pour l'ingénieur >> Automatique, Robotique
2 proposition(s).

Apprentissage automatique pour la gestion intelligente de batteries de nouvelle génération à architecture reconfigurable

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Electronique avancée, Energie et Puissance

formation ingénieur ou master

01-10-2019

SL-DRT-19-0379

vincent.heiries@cea.fr

Situé au sein du campus MINATEC à Grenoble, la mission principale du CEA-Leti consiste à créer de l'innovation et la transférer à l'industrie, en générant des résultats de recherche préparant des exploitations industrielles à moyen et long terme, positionnant sa recherche entre la recherche académique et le R&D industrielle. Au sein du LETI/DSYS, le Service Systèmes de Capteurs, électronique pour l'Énergie a notamment pour mission la conception et la réalisation de systèmes innovants pour répondre à des besoins d'innovations industrielles dans des domaines très variés allant de l'automobile au sport en passant par le domaine du bâtiment. Les compétences qui sont mises en jeu vont de l'électronique à la physique en passant par l'électromagnétisme, la magnétostatique, le traitement du signal et les mathématiques appliquées. La thèse se déroulera au sein du Service SSCE, dans le Laboratoire d'Électronique avancée et d'Électronique pour la Puissance (LETI/DSIS/SSCE/L2EP). Le L2EP développe des solutions pour l'interface et la gestion d'énergie dans les systèmes. Les thématiques du laboratoire portent notamment sur les systèmes électroniques innovants de gestion de pack-batteries Li-ion (Lithium-ion) pour les véhicules électriques. Du transport électrique aux réseaux électriques intelligents en passant par les loisirs et l'industrie, l'utilisation des batteries connait une croissance très rapide et semble être promise à un bel avenir. Bien qu'ayant profité de progrès majeurs au cours des dernières années, les batteries souffrent toujours de certaines limitations, notamment en terme de sécurité, d'autonomie et de durée de vie. Dans ce contexte, l'architecture brevetée de batterie reconfigurable à cellules commutées proposée et développée dans le laboratoire L2EP représente une innovation majeure dans ce domaine et permet d'aller au-delà de ces limitations. Aujourd'hui, les batteries sont constituées d'une mise en série figée de cellules traversées par le même courant. Ces systèmes sont alors limités par la plus faible des cellules mises en série. L'avantage majeur de l'architecture de batterie reconfigurable mise au point est de pouvoir contrôler de manière individuelle et dynamique chaque cellule d'un pack batterie, et ainsi pouvoir proposer de nouvelles fonctionnalités (reconstruction d'un signal sinusoïdal, isolation, sollicitation dynamique des cellules en fonction de leurs états de santé?). Cette architecture permet une reconfiguration complète en temps réel de la topologie de la batterie. Par ailleurs, grâce à cette innovation, on peut s'affranchir des composants habituellement essentiels pour un système batterie mis en ?uvre dans une application en courant alternatif : le chargeur, et l'onduleur. Le gain en coût, volume et poids du système est alors très conséquent. Le premier objectif de cette thèse est l'élaboration d'algorithmes d'estimation innovants des indicateurs SoX (SoC : State of Charge ; SoH : State of Health, SoE : State of Energie, SoP : State of Power) des accumulateurs en s'appuyant sur une utilisation optimale des potentialités nouvelles offertes par l'architecture reconfigurable à cellules commutées. En effet, cette architecture apporte des fonctionnalités inédites ouvrant le champ à l'implémentation de nouveaux algorithmes au sein du « Battery Management System ». Actuellement, il existe une littérature abondante sur les estimateurs SoX de batteries. Ces études affichent des résultats variés en terme de précision et de robustesse. L'évaluation fiable et précise des variables telles que l'impédance et la capacité cellule, reste à ce jour un challenge et nécessite souvent une campagne de caractérisation en laboratoire lourde et couteuse en amont. Il reste un potentiel d'amélioration important dans l'estimation des indicateurs SoX. En particulier, l'estimation de la capacité cellule pourrait être grandement améliorée par un recalage de l'estimateur, rendu possible par une charge-décharge maitrisée de certaines cellules de manière individuelle ; l'évaluation de l'impédance en ligne peut être optimisée par un processus d'identification actif appliqué à une cellule. Il est même envisageable d'opérer un recalage en ligne de la caractéristique « Open Circuit Voltage (OCV) » en fonction de « l'état de charge (SoC) ». Les algorithmes d'estimation de SOx de type observateurs bayésiens et d'apprentissage automatique (Machine Learning) bénéficieront pleinement de ces fonctionnalités et pourraient afficher des performances inégalées. Le deuxième objectif de la thèse est de proposer un algorithme se basant sur les estimations décrites ci-dessus et permettant d'exploiter de manière optimale l'énergie de l'ensemble des cellules de la batterie afin d'augmenter l'autonomie du système tout en maximisant sa durée de vie.

Systèmes électroniques d'adaptation en fréquence pour la récupération d'énergie vibratoire large bande

Département Systèmes

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

Ecole d'ingénieur en électronique/automatique + Master recherche (ou stage de dernière année réalisé dans un laboratoire de recherche)

01-10-2019

SL-DRT-19-0436

pierre.gasnier@cea.fr

La récupération d'énergie est une thématique dont le but est l'alimentation de n?uds de capteurs sans fil communicants par le remplacement de la source d'énergie électrique (pile, câbles) ou par l'augmentation de l'autonomie énergétique. La récupération d'énergie vibratoire notamment, permet d'exploiter l'énergie mécanique d'un environnement et de la convertir en électricité afin d'alimenter le système électronique. La thèse portera sur l'exploitation du principe piézoélectrique pour convertir l'énergie vibratoire en électricité. Un des problèmes majeurs de ces récupérateurs est leur sélectivité en fréquence : l'exploitation de résonateurs mécaniques permet d'amplifier les vibrations ambiantes, mais la puissance récupérée chute drastiquement lorsque le récupérateur et l'environnement ne sont plus accordés en fréquence, ce qui dégrade l'opérabilité du système et donc sa fiabilité. Pour l'adoption de ce type de système par l'industrie, un des verrous majeurs est donc cette sélectivité fréquentielle. Ce verrou peut être levé par le moyen de récupérateurs dits « large bande » et/ou possédant la capacité à être accordés dynamiquement par un système électronique. En effet, couplé à une électronique intelligente, un récupérateur dit « fortement couplé » voit son comportement mécanique modifié (changement de sa raideur par exemple) ce qui permet de 1) suivre l'évolution de la fréquence d'entrée (un moteur dont la fréquence de rotation ralentit, ?) et/ou 2) compenser une propre modification de son comportement (une fréquence de résonance qui diminue avec la température, un vieillissement?). Le c?ur de cette thèse se focalise donc sur les circuits de gestion et de récupération d'énergie adaptant le comportement mécanique des tels récupérateurs en fonction des sollicitations vibratoires. Le CEA et l'Université Savoie Mont-Blanc (Laboratoire SYMME) ont récemment proposé des techniques performantes pour réaliser ce tuning. Cependant, la partie ajustement automatique de ces circuits n'a pas été étudiée. L'objectif de la thèse est de proposer, dimensionner, simuler, réaliser et tester des architectures électroniques innovantes permettant de réaliser le tuning automatique et la recherche du point de puissance maximum de récupérateurs piézoélectriques. Après un état de l'art sur les moyens et techniques d'ajustement de fréquences, une étude système et des simulations électromécaniques devront être réalisées, ce qui permettra de sélectionner les implémentations pertinentes (Full analogique, ou mixte numérique-analogique). Un soin particulier sera apporté à la faible consommation et l'encombrement du circuit proposé puisque le but, à terme, est de réaliser un circuit autonome en énergie et consommant une partie négligeable de l'énergie électrique récupérée. En fin de thèse, la ou les architectures sélectionnées seront alors proposées au département conception de circuits intégré en vue d'une miniaturisation. Un démonstrateur complet (récupérateur + technique de tuning + circuit d'ajustement) est ciblé pour la fin de la thèse.

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