Contribution à la modélisation thermique de packs batteries LiFePO4 pour véhicules décarbonés

Study for the thermal modeling of low-carbon vehicle LiFePO4 battery packs

• Auteur / Autrice : Nicolas Damay
• Direction : Christophe Forgez, Guy Friedrich
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Electrique
• Date : Soutenance le 11/12/2015
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Modélisation électrothermique

Durée de vie (ingénierie)

Véhicules électriques hybrides

Véhicules électriques

Automobiles -- Batteries

Mots clés libres

Batteries commerciales

Modélisation électrique

Modélisation thermique

Méthode de caractérisation

Couplage électro-thermique

Validation expérimentale

Service life (Engineering)

Hybrid electric vehicles

Mathematical models

Résumé

Cette thèse s’inscrit dans la problématique mondiale qu’est la gestion de l’énergie en se focalisant sur les batteries pour véhicules électriques ou hybrides. Celles-ci subissent des contraintes particulièrement sévères qui les font s’échauffer rapidement. Afin d’éviter le risque d’un vieillissement prématuré tout en limitant les surcoûts, il convient de dimensionner la batterie et son système de refroidissement de manière optimale. Les modèles thermiques proposés permettent ce dimensionnement optimal. Le modèle utilisé pour les pertes électriques a été amélioré pour être désormais stable lors de simulations de longs trajets. L’analyse fine du fort couplage entre les phénomènes thermiques et électrochimiques a mené à de nouvelles méthodes de caractérisations. Le « découplage » de ces phénomènes permet d’améliorer grandement les prédictions des modèles, notamment dans des plages de fonctionnement très contraignantes (basse température et très forte puissance). La précision est garantie à 1 °C, même pour des simulations de plusieurs heures.

This PhD thesis is included in the global energy-management issue. lts focus is on battery packs for electric or hybrid vehicles. The latter are bound to heat quickly because they're receiving high stresses during operation. Thus, to avoid accelerating the aging process while maintaining a minimal cost, the battery and its cooling system have to be sized optimally. The proposed thermal models can be used to reach this optimal sizing. The electrical losses model has been improved to become stable during the simulations of long driving cycles. The precise study of the strong coupling between electrochemical and thermal behaviors has led to new characterization methods. The ''decoupling'' of these phenomena improves significantly the models predictions, especially in very stressed operation ranges (low temperature and high power).The precision is better than 1° C, even for several-hours simulations.