Preuve de concept d'un dispositif de stockage d'énergie pour applications dans des convertisseurs de puissance

Ce mémoire traite d'un dispositif de stockage d'énergie utilisant des supercondensateurs. Ce dispositif, lorsque utilisé en plusieurs exemplaires commutés et reliés en série, permet de créer divers types de convertisseurs de puissance. L'usage de supercondensateurs dans le principe de fonctionnement de ces convertisseurs de puissance leur permet de combiner les fonctions de conversion de puissance et de stockage d'énergie dans un seul dispositif. L'objectif principal de ce mémoire est de démontrer la faisabilité du concept présenté. C'est-à-dire montrer que les modules individuels fonctionnent tel qu'anticipé, et qu'il est possible de réaliser des convertisseurs de puissance fonctionnels en utilisant plusieurs de ces modules. Le principe de la double couche électrochimique, sur lequel repose le fonctionnement des supercondensateurs, permet à ces derniers d'accumuler substantiellement plus d'énergie que les condensateurs conventionnels. De plus, ils ont une densité de puissance supérieure à celle des batteries conventionnelles. Cela est dû au fait que le fonctionnement des batteries repose sur des réactions chimiques, un processus relativement lent. Par contre, les supercondensateurs sont limités par la tension qu'ils peuvent atteindre, soit environ 2,7 V généralement. On doit alors en relier plusieurs en série afin d'obtenir des tensions plus élevées. Or, cela pose problème car la variabilité des capacités réelles d'un condensateur à un autre fera varier les tensions atteintes dans chacun d'eux. Il y a alors risque de dépasser les limites de tensions. Cependant, le principe de fonctionnement du dispositif dont il est question ici permet de gérer les tensions, ce qui élimine ce problème. Le coeur du projet réside dans le module de puissance. Celui-ci est composé de supercondensateurs et des semiconducteurs servant d'interrupteurs. Le circuit repose sur le concept de supercondensateurs commutés, reliés en série. La commutation permet d'inclure ou de retirer individuellement tout supercondensateur de la série, ce qui fait varier la tension aux bornes de la série en conséquence. Les commutations sont commandées par un microcontrôleur. De plus, le design du dispositif retenu dans le cadre de cette recherche contient un circuit de commande et de protection. Chacune des séries de supercondensateur constitue une « branche ». Un convertisseur peut être réalisé en faisant fonctionner une ou plusieurs branches en parallèle, selon la topologie retenue. Les tests effectués pendant le projet ont porté sur une topologie à trois branches.