Modélisation et suivi du vieillissement d’accumulateurs Li-ions par couplage avec modèle Dual-tank

par Joël-Louis Kone

Thèse de doctorat en Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Yann Bultel, Maxime Montaru et de Sébastien Fiette.

Soutenue le 08-01-2021

à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Pascal Venet.

Le jury était composé de Odile Capron, Isabel Jimenez Gordon.

Les rapporteurs étaient Serge Pélissier, Christophe Forgez.

mots clés

• Durée de vie
• Vieillissement
• Véhicule électrique
• Modélisation
• Durée de vie (ingénierie)
• Matériaux -- Détérioration
• Véhicules électriques
• Modélisation des données (informatique)

Résumé

Les modèles de batterie utilisés dans les études systèmes sont généralement basés sur des modèles électriques à un seul réservoir (« one tank »), auxquels sont couplés des modèles de vieillissement semi-empiriques prédisant l’évolution de la capacité de ce réservoir.Dans ces modèles, l’état de santé d’une cellule est donc représenté par une seule valeur, ce qui est trop limitant. Par ailleurs, ces approches permettent difficilement d’appréhender les phénomènes de ruptures de pentes observés expérimentalement.Dans cette thèse, des modèles de vieillissement empiriques ou inspirés de la physique sont couplés à un modèle électrique à deux électrodes. La première approche empirique vise à prédire directement l’évolution de l’état de chaque électrode et du décalage entre électrodes. La deuxième, inspirée de la physique, introduit la notion de courant parasite à l’origine de la perte de lithium cyclable.Ces différentes approches sont mises en œuvre avec la base de résultats expérimentaux calendaires du projet MOBICUS.

mots clés

• Modeling
• Ageing
• Lithium-Ion
• Life-Cycle

Titre traduit

Modeling and monitoring of the aging of Li-ion accumulators by coupling with a dual-tank model

Résumé

The battery models used in system studies are generally based on electrical models with a single tank ("one tank model"), to which are coupled semi-empirical aging models predicting the evolution of the capacity of this one tank model.In these models, the state-of-health of a cell is therefore represented by a single value, which is too limiting. Moreover, these approaches make it difficult to understand the phenomena of capacity slope failures observed experimentally.In this thesis, empirical or physics-based aging models are coupled to a dual tank model. The first empirical approach aims to directly predict the evolution of the capacity of each electrode and the offset between electrode potential signals. The second, inspired by the physical phenoma that can occur within the battery, introduces the notion of parasitic current at the origin of the loss of cycling lithium.These different approaches are implemented using experimental calendar results from the MOBICUS project.