Intégration d'un accumulateur lithium ion communicant dans un système photovoltaïque autonome

Integration of a communicating lithium ion battery in an autonomous photovoltaic system

• Auteur / Autrice : Jérémie Jousse
• Direction : Philippe Le Moigne, Christophe Batard, Élisabeth Lemaire
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique, stockage électrochimique de l’énergie
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et mathématiques (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Le Moigne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Diouris, Djamel Mourzagh
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : François Costa, Pascal Venet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éclairage public

Courants porteurs en ligne (informatique)

Batteries lithium-ion

Résumé

Le projet de recherche présenté explore les problématiques liées à l’introduction de la technologie d’accumulateur lithium ion (Li-ion) au sein des produits d’éclairage autonome de la société Novéa Énergies, partenaire du projet. Aujourd’hui, les batteries plomb-acide sont encore majoritairement utilisées pour ce type d’application. Cependant leur durée de vie limitée nécessite plusieurs remplacements du système de stockage dans la vie du produit. Du fait de sa longévité, de son faible coût et de sa sécurité, la technologie Li-ion LFP est étudiée dans ce projet pour remplacer le système de stockage plomb-acide. Les tests de caractérisation réalisés confirment l’adéquation de cette technologie avec l’application étudiée tandis que les tests de vieillissement montrent un net avantage par rapport aux batteries plomb-acide étanches utilisées. Un système de stockage modulaire constitué de plusieurs batteries Li-ion en parallèle est proposé pour conserver la flexibilité de la technologie plomb-acide. La technologie Li-ion nécessite cependant un Battery Management System(BMS) au plus près des cellules de chaque batterie afin d’assurer la fiabilité et la sécurité du système de stockage. Pour permettre la communication entre ces BMS et l’électronique de gestion de l’application, une solution de communication par courant porteur utilisant le bus de puissance DC est développée. Le prototype réalisé est compatible avec le protocole CAN et permet d’atteindre un débit de données utile de 97 kbits/s. Ce projet doctoral a été mené dans le cadre d'un Contrat de Thèse CEA – Industrie (CTCI)sous la tutelle du laboratoire IETR et en partenariat avec la société Novéa Énergies

This doctoral research project aims at designing a lithium ion (Li-ion) secondary battery for the autonomous lighting products of the company Novéa Énergies. Nowadays, lead-acid batteries are still mainly used in this kind of systems. However, frequent replacements of the energy storage system are needed due to the limited shelf life of this technology. Thanks to its long lifespan, low cost and enhanced security, Li-ion LFP batteries are studied in this work in order to replace the existing lead-acid storage system. Stress tests conducted on Li-ion LFPcells show the adequacy of this technology with the studied application. Accelerated aging tests also show a clear advantage of this technology compared to valve regulated lead-acid batteries. In order to retain the flexibility of the lead-acid solution, a modular energy storage system built from several Li-ion batteries is studied. However Li-ion batteries need an electronic battery management system (BMS) close to their cells to ensure reliable and safe operation. In order to enable a communication between the various BMS and the main application controller, a new communication system compatible with the CAN protocol and using power line communication over the DC power bus is developed. A prototype is built and allows useful data rates up to 97 kbits/s. This doctoral project was ruled by a contract issued by the CEA, a French government-funded technological research organization. It was conducted under the supervision of the IETR laboratory and in partnership with the company Novéa Énergies