Thèse soutenue

Contribution à la modélisation et à la gestion thermique des batteries Lithium-ion pour des véhicules électriques

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Auteur / Autrice : Ahmadou Samba
Direction : Hamid GualousJoeri Van Mierlo
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie électrique
Date : Soutenance en 2015
Etablissement(s) : Caen
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale structures, informations, matière et matériaux (Caen ; 1992-2016)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire universitaire des sciences appliquées de Cherbourg (1994-....)
Jury : Président / Présidente : Stéphane Rael
Examinateurs / Examinatrices : Hamid Gualous, Joeri Van Mierlo, Stéphane Rael, Brayima Dakyo, Daniel Hissel, Hasna Louahlia-Gualous, Noshin Omar
Rapporteurs / Rapporteuses : Brayima Dakyo, Daniel Hissel

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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L’avancée de la recherche sur les batteries a conduit à une utilisation massive des batteries Lithium-ion de grande capacité dans les véhicules électriques. De tels designs, en grand format, ont l'avantage de réduire le nombre de cellules interconnectées dans les packs de batteries. Dans les applications de transport, le temps de recharge des batteries constitue un frein au développement des véhicules électriques. L'augmentation du courant de charge peut soumettre à la batterie à des situations très critiques et peut ainsi entrainer une augmentation considérable de sa température. En long terme, ces phénomènes peuvent conduire à la réduction de sa durée de vie ainsi que ses performances et dans certains cas à l’emballement thermique. Afin d’éviter de telles situations, il est nécessaire d’optimiser la gestion thermique de manière à maintenir la batterie dans une gamme de températures de fonctionnement sûre. Ceci passe par la mise en place d’un modèle thermique capable de prédire la température d’une cellule et d’un pack de batterie à différentes conditions de fonctionnement et ensuite proposer différentes stratégies de refroidissements. Compte tenu de la forme et des dimensions du type de batterie utilisé (batterie « pouch ») un modèle électro-thermique est développé afin de prédire la distribution de température de la cellule, ce modèle nécessite moins de paramètres d'entrée et possède une grande précision. En outre, un nouvel outil d'estimation des paramètres thermiques a été développé. Le comportement thermique de la batterie, soumise à des conditions de fonctionnements extrêmes, a été étudié avec ce modèle. De ces résultats, on remarque que la cellule de batterie présente une distribution thermique non-uniforme lorsque celle-ci est parcourue par des courants de grandes amplitudes. Ce constat nous amène à étudier le design des batteries de type « pouch » afin d’élire celle qui présente une distribution thermique et électrique plus uniformes. Pour se faire un modèle 3D électrochimique-thermique a été développé. Enfin, différentes stratégies de gestion thermique des batteries telles que: le refroidissement actif par liquide et passif utilisant un matériau à changement de phase (liquide-solide à changement de phase) incorporé dans une mousse d'aluminium, ont été étudiées puis comparés en appliquant un cycle de conduite, provenant d’un véhicule tout électrique de la gamme Peugeot. L'objectif principal est de réduire la complexité, le poids, le volume, le coût et également de maintenir à un haut niveau de sureté de fonctionnement du module de batterie