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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes
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17121
27/06/2017

Optimal sizing of a lithium battery energy storage system for grid-connected photovoltaic systems

J.DULOUT, A.ANVARI-MOGHADDAM, A.LUNA, B.JAMMES, C.ALONSO, J.GUERRERO

ISGE, Aalborg

Manifestation avec acte : International Conference on DC Microgrids ( ICDCM ) 2017 du 27 avril au 29 avril 2017, Nuremberg (Allemagne), Juin 2017, 6p. , N° 17121

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01516972

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Abstract

This paper proposes a system analysis focused on finding the optimal operating conditions (nominal capacity, cycle depth, current rate, state of charge level) of a lithium battery energy storage system. The purpose of this work is to minimize the cost of the storage system in a renewable DC microgrid. Thus, main stress factors influencing both battery lifetime (calendar and cycling) and performances are described and modelled. Power and energy requirements are also discussed through a probabilistic analysis on some years of real data from the ADREAM photovoltaic building of the LAAS-CNRS in Toulouse, FRANCE.

139775
17117
05/05/2017

Nouveaux types d’électrodes pour les microsupercondensateurs

D.PECH, C.LETHIEN, T.BROUSSE

ISGE, IEMN Villeneuve, INM, Nantes

Revue Scientifique : Techniques de l'Ingénieur, Vol.RE 180, 30p., Mai 2017 , N° 17117

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Résumé

Les microsupercondensateurs sont des microdispositifs de stockage réversible de l’énergie électrique constituant une alternative intéressante aux microbatteries en raison de leur puissance élevée et de leur durée de vie importante. La faible quantité d’énergie qu’ils peuvent emmagasiner reste cependant un point critique au déploiement de ces composants dans les microsystèmes embarqués. Cet article traite des nouveaux types d’électrodes de microsupercondensateurs, des filières technologiques pour les intégrer au sein du microdispositif et des performances de ces électrodes. Il est notamment question de l’utilisation d’électrodes tridimensionnelles pour accroître leur densité d’énergie surfacique.

139757
17105
30/03/2017

Methodology of modeling of the internal activity of a FPGA for conducted emission prediction purpose

C.GHFIRI, A.BOYER, A.DURIER, S.BEN DHIA

ESE, IRT

Manifestation sans acte : Congrès de l'école Doctorale GEET ( ) 2017 du 30 mars au 30 mars 2017, Toulouse (France), Mars 2017, 6p. , N° 17105

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01500303

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Abstract

This paper describes a new methodology of construction of the internal activity block of an ICEM-CE model of an FPGA based on a predictive approach

139623
17065
08/03/2017

Structuration de collecteurs de courant d'or pour la réalisation de micro-supercondensateurs à base d'oxyde de ruthénium

A.FERRIS

ISGE

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 8 Mars 2017, 192p., Président: M.BAFLEUR, Rapporteurs: A.BALDUCCI, F.FAVIER, Examinateurs: P.SIMON, S.SADKI, C.LETHIEN, Directeurs de thèse: D.PECH, D.GUAY , N° 17065

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01502210

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Abstract

The increasing importance of portable and wearable electronics as well as embedded wireless sensor networks has made energy autonomy a critical issue. Micro-energy autonomy solutions based on the combination of energy harvesting and storage may play a decisive role. However, the short lifetime of micro-batteries is problematic. Micro-supercapacitors are a promising solution in terms of energy storage for embedded systems on the account of their important lifetime. In this work we have focused on the optimization of the performances of micro-supercapacitors in terms of energy and power density. As the capacitance is directly related to the accessible surface area of the electrodes, we have investigated the structuration of the current collectors in order to improve the performances of ruthenium oxide-based micro-supercapacitors. Two mains technics have been studied to obtain three dimensional structures. In a first phase, the oblique angle physical vapor deposition (OAD) has been investigated to fabricate a columnar gold structure, subsequently covered by an electrochemical ruthenium oxide. In a second phase, a highly porous gold architecture has been studied using electrodeposition via a hydrogen bubbles dynamic template. The ruthenium oxide electrodeposited on the resulting mesoporous gold structure shows good compatibility, in terms of homogeneous deposition, with a significant capacitance at slow rate (> 3F.cm-2) and an important cyclability. As proof of concept, a device has been designed in a stack configuration with good performances. Moreover, the technology finalized for electrodes fabrication has been transferred to the micro-scale on planar interdigitated devices using a suitable photolithography process.

Résumé

Depuis une dizaine d’années, on observe un développement de l’électronique embarquée intégrée à la plupart des objets que nous utilisons au quotidien. Il s’agit maintenant de les interconnecter en créant des réseaux embarqués connectés tels que les réseaux de capteurs autonomes sans fils. La miniaturisation des composants permet d’envisager une autonomie énergétique de ces réseaux composés de capteurs, récupérateurs d’énergie et de micro-batteries. Cependant la faible durée de vie des batteries et leur puissance limitée sont problématiques pour de telles applications. Les micro-supercondensateurs représentent une alternative pertinente pour la gestion de l’énergie dans les systèmes embarqués, notamment grâce à leur durée de vie très élevée. L’objectif de cette thèse concerne l’optimisation des performances de ces dispositifs en termes de densité de puissance et d’énergie. La capacité du supercondensateur étant proportionnelle à la surface spécifique des électrodes, nous nous sommes donc intéressés à la structuration de collecteurs de courant en or pour optimiser les performances des micro-supercondensateurs à base d’oxyde de ruthénium. Nous avons sélectionné deux principales techniques pour fabriquer une structure tridimensionnelle de l’or. Dans un premier temps, le dépôt physique d’or par évaporation à angle oblique (OAD) nous a permis de réaliser un substrat colonnaire suivi d’un dépôt d’oxyde de ruthénium. Dans un deuxième temps, nous avons mis en place un dépôt électrochimique d’or avec un modèle dynamique à bulles d’hydrogène. Cette technique permet la fabrication d’une structure d’or en trois dimensions par le biais d’un dépôt d’or réalisé simultanément avec une évolution d’hydrogène. L’électrodéposition de l’oxyde de ruthénium sur cette structure mésoporeuse a montré une très bonne compatibilité notamment en terme d’homogénéité du dépôt, une forte capacité à faible vitesse de balayage (> 3 F/cm2) et une bonne cyclabilité. Pour tester les performances de ces électrodes, nous avons réalisé un dispositif complet en configuration empilée présentant de bonnes caractéristiques. Cette technologie de fabrication a pu par ailleurs être transférée à la micro-échelle pour des dispositifs planaires à l’aide de procédés de photolithographie sur électrodes interdigitées.

Mots-Clés / Keywords
Dioxyde de ruthénium; Micro-supercondensateurs; Pseudo-capacité; Stockage de l'énergie; Structures 3D; Energy storage; Micro-supercapacitors; Supercapacitors; Pseudo-capacitance; Ruthenium oxyde; Structuration; Oblique angle deposition; Hydrogen bubbles dynamic template;

139393
17061
27/02/2017

Etude des couplages substrats dans des circuits mixtes "Smart Power" pour applications automobiles

V.TOMASEVIC

ESE

Doctorat : INSA de Toulouse, 27 Février 2017, 226p., Président: E.SICARD, Rapporteurs: G.DUCHAMP, M.RAMDANI, Examinateurs: T.BOUSQUET, R.ISKANDER, Directeurs de thèse: S.BEN DHIA, A.BOYER , N° 17061

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01499417

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Abstract

Smart Power circuits, used in the automotive industry, are characterized by the integration on one chip of the power parts with low voltage analog and digital parts. Their main weak point comes from the switching of power structures on inductive loads. These inject parasitic currents in the substrate, capable of activating the bipolar parasitic structures inherent in the layout of the circuit, leading to failure or destruction of the integrated circuit. These parasitic structures are not currently integrated into CAD tools nor simulated by SPICE simulators. The extraction of these structures from the layout and their integration into the CAD tools is the objective of the European AUTOMICS project, in which this thesis is carried out. The characterization of the substrate coupling of two case study was used to validate theoretical models and compare them to simulations using the new substrate coupling model.

Résumé

Les circuits Smart Power, utilisés dans l’industrie automobile, se caractérisent par l’intégration sur une puce des parties de puissance avec des parties analogiques&numériques basse tension. Leur principal point faible vient de la commutation des structures de puissance sur des charges inductives. Celles-ci injectent des courants parasites dans le substrat, pouvant activer des structures bipolaires parasites inhérentes au layout du circuit, menant à une défaillance ou la destruction du circuit intégré. Ces structures parasites ne sont pas actuellement modélisées dans les outils CAO ni simulées par les simulateurs de type SPICE. L'extraction de ces structures à partir du layout et leur intégration dans les outils CAO est l’objectif du projet européen AUTOMICS, dans le cadre duquel cette thèse a été réalisée. La caractérisation du couplage substrat sur deux cas d’études a permis de valider les modèles théoriques et de les comparer aux simulations utilisant le nouveau modèle de couplage substrat.

Mots-Clés / Keywords
Electronique analogique; Circuits Smart Power; Compatibilité électromagnétique des circuits in; Conception microélectronique; Couplage substrat de puissance; Système de mesure sur puce;

139380
17100
26/01/2017

Contribution à l'analyse des mécanismes de défaillance lors de décharges électrostatiques et de radiations aux ions lourds de composants MESFET en carbure de silicium

T.PHULPIN

ISGE

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 26 Janvier 2017, 150p., Président: M.BAFLEUR, Rapporteurs: N.MALBERT, D.PLANSON, Examinateurs: X.PERPINYA, D.TOURNIER, A.TOUBOUL, Directeurs de thèse: P.AUSTIN, K.ISOIRD, D.TREMOUILLES , N° 17100

Lien : https://hal-univ-tlse3.archives-ouvertes.fr/tel-01493393

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Abstract

Power management is nowadays crucial with the global warming and the electronic needs of the society. Wideband gap semi-conductors like Silicon Carbide (SiC) are emerging in power electronic landscape because of their better properties in comparison with Silicon. Nevertheless reliability and knowledge about internal physic during electrostatic discharge (ESD) or radiation event is still missing and need specific studies. In this work, several SiC MESFET have been tested and results show two mains failure mechanism. First the passivation oxide clamping, and secondly the SiC sublimation induced by a parasitic structure in the device. An ESD protection was tested and validated. Unfortunately, this solution isn’t efficient for heavy ion protection. Indeed, no impact on the radiation robustness is noticed on the MESFET during a radiation event. SiC ESD reliability doesn’t look better than for Silicon devices. ESD robustness improvements are proposed in this work even if integration of this MESFET is still required to validate the improvement.

Résumé

La gestion de l’énergie électrique est aujourd’hui au cœur des enjeux environnementaux. L’éclosion de semi-conducteurs à grand gap comme le carbure de silicium (SiC) permet la réalisation de composants aux performances supérieures à celles des composants en silicium pour l'électronique de puissance. Toutefois, le comportement de ces dispositifs lors de décharges électrostatiques (ESD) ou lors de radiations est mal connu et nécessite des études spécifiques. Dans ces travaux, plusieurs composants MESFET SiC ont ainsi été testés face aux ESD et l’étude des mécanismes de défaillance a montré soit la défaillance de l’oxyde de passivation, soit la sublimation du SiC suite au déclenchement d’une structure parasite. L’intégration d’une diode Zener sur le drain du MESFET a ainsi été testée et validée comme protection ESD. La simulation démontre que la protection est inefficace par rapport à la tenue aux radiations d’ions lourds. Assurer la robustesse de ces technologies n’apparaît pas plus simple que pour les composants en silicium. Des solutions sont toutefois envisageables pour aider les concepteurs à améliorer la robustesse aux ESD, bien que des études supplémentaires restent à mener.

Mots-Clés / Keywords
Conception; Driver; ESD; Lock'in thermography; MESFET; Radiation; Robustesse; SiC;

139553
16319
01/01/2017

Micro-supercapacitors as miniaturized energy storage componets for electronics

A.KYEREMATENG, T.BROUSSE, D.PECH

ISGE, INM, Nantes

Revue Scientifique : Nature Nanotechnology, Vol.12, N°1, pp.7-15, Janvier 2017, doi:10.1038/nnano.2016.196 , N° 16319

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Abstract

The push towards miniaturized electronics calls for the development of miniaturized energy-storage components that can enable sustained, autonomous operation of electronic devices for applications such as wearable gadgets and wireless sensor networks. Microsupercapacitors have been targeted as a viable route for this purpose, because, though storing less energy than microbatteries, they can be charged and discharged much more rapidly and have an almost unlimited lifetime. In this Review, we discuss the progress and the prospects of integrated miniaturized supercapacitors. In particular, we discuss their power performances and emphasize the need of a three-dimensional design to boost their energy-storage capacity. This is obtainable, for example, through self-supported nanostructured electrodes. We also critically evaluate the performance metrics currently used in the literature to characterize microsupercapacitors and offer general guidelines to benchmark performances towards prospective applications.

138956
16572
06/12/2016

Self-Powered energy harvester strain sensing device for structural health monitoring

A.ALVAREZ, M.BAFLEUR, J.M.DILHAC, J.COLOMER, D.DRAGOMIRESCU, J.LOPEZ, M.ZHU, P.MIRIBEL

Université de Barcel, ESE, MINC, Exeter

Revue Scientifique : Journal of Physics: Conference Series, Vol.773, 012070p., Décembre 2016, doi:10.1088/1742-6596/773/1/012070 , N° 16572

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01497552

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Abstract

This paper presents an envisaged autonomous strain sensor device, which is dedicated to structural health monitoring applications . The paper introduces the ASIC approach that replaces the discrete approach of some of the main modules.

139454
16579
06/12/2016

Self-powered adaptive switched architecture storage

F.EL MAHBOUBI, M.BAFLEUR, V.BOITIER, A.ALVAREZ, J.COLOMER, P.MIRIBEL, J.M.DILHAC

ESE, Université de Barcel

Manifestation avec acte : International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications ( PowerMEMS ) 2016 du 06 décembre au 09 décembre 2016, Paris (France), Décembre 2016, 4p. , N° 16579

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01497546

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Abstract

Ambient energy harvesting coupled to storage is a way to improve the autonomy of wireless sensors networks. Moreover, in some applications with harsh environment or when a long service lifetime is required, the use of batteries is prohibited. Ultra-capacitors provide in this case a good alternative for energy storage. Such storage must comply with the following requirements: a sufficient voltage during the initial charge must be rapidly reached, a significant amount of energy should be stored and the unemployed residual energy must be minimised at discharge. To answer these apparently contradictory criteria, we propose a self-adaptive switched architecture consisting of a matrix of switched ultra-capacitors. We present the results of a self-powered adaptive prototype that shows the improvement in terms of charge time constant, energy utilization rate and then energy autonomy.

139620
16572
06/12/2016

Self-Powered energy harvester strain sensing device for structural health monitoring

A.ALVAREZ, M.BAFLEUR, J.M.DILHAC, J.COLOMER, D.DRAGOMIRESCU, J.LOPEZ, M.ZHU, P.MIRIBEL

Université de Barcel, ESE, MINC, Exeter

Manifestation avec acte : International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications ( PowerMEMS ) 2016 du 06 décembre au 09 décembre 2016, Paris (France), Décembre 2016, 4p. , N° 16572

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01497552

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Abstract

This paper presents an envisaged autonomous strain sensor device, which is dedicated to structural health monitoring applications . The paper introduces the ASIC approach that replaces the discrete approach of some of the main modules.

139453
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