Contribution à la production d'énergie électrique pour les zones rurales isolées à l'aide de composants de seconde vie et d'énergies renouvelables : méthodes d'évaluation de l'état de santé des batteries au plomb réutilisées
Auteur / Autrice : | Muhammad Mohsin |
Direction : | Pascal Maussion, Antoine Picot |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Génie Electrique |
Date : | Soutenance le 08/03/2022 |
Etablissement(s) : | Toulouse, INPT |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire Plasma et Conversion d'Energie (Toulouse ; 2007-....) |
Jury : | Président / Présidente : Pascal Venet |
Examinateurs / Examinatrices : Pascal Maussion, Antoine Picot, Pascal Venet, Alain Bouscayrol, Anne Migan-Dubois | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Bouscayrol, Anne Migan-Dubois |
Mots clés
Résumé
Les batteries au plomb sont les batteries les plus anciennes utilisées pour les applications domestiques et commerciales. Ceux-ci sont jetés en grand nombre chaque année dès leur première utilisation. Elles sont l'un des principaux facteurs de pollution chimique, donc si ces batteries peuvent être utilisées dans une seconde vie, les empreintes carbone peuvent être réduites. Ces batteries réutilisées bon marché peuvent devenir une solution pour les pays du tiers- monde pour faire un petit système électrique dans les villages, notamment. Maintenant, le problème c'est quand on va acheter une batterie réutilisée dans un magasin du coin, comment on sait que la batterie est bonne ou pas pour son usage. Certaines méthodes et indicateurs d'état de santé (SoH) sont nécessaires et peuvent être utilisés sur une très courte durée (1 à 5 minutes). Ainsi, la méthode doit être rapide, bon marché, fiable, facile à utiliser et doit fonctionner sans aucune donnée historique de la batterie. La méthode de résistance CC interne et la méthode à deux impulsions sont deux méthodes de la littérature qui qualifient les critères définis dans l'énoncé du problème, tandis que la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) n'a jusqu'à présent aucune formule disponible pour l'évaluation de SoH. Ces trois méthodes seront considérées dans cette thèse pour évaluer le SoH des batteries de seconde vie tandis que de nouvelles méthodes seront introduites dans la recherche présentée ci-après. La motivation est de soutenir la population pauvre des pays du tiers monde en Asie et en Afrique afin que les batteries de seconde vie puissent être utilisées pour certains éclairages possibles et d'autres applications. Environ 30 batteries anciennes et nouvelles de types AGM et noyés avec différentes capacités ont été utilisées pour des tests expérimentaux pour six méthodes au total, à savoir ; méthode à deux impulsions, méthode de résistance CC interne, méthode basée sur CdS, résistance interne Vs. Méthode actuelle, méthode de capacité de rétention de charge et méthode de décharge courte. Des équipements de recherche commerciaux provenant d'instruments nationaux sont utilisés pour réaliser des expériences EIS. A partir de ces spectres EIS, une méthode basée sur le CdS (coefficient de sulfatation) est dérivée. D'autres méthodes basées sur le courant continu sont effectuées à l'aide de charges résistives et électroniques, d'oscilloscopes et d'alimentations, etc. La méthode de décharge courte consiste à décharger la batterie pendant une très courte durée, puis à observer la différence entre l'état de charge idéal et réel ( SoC) différence. Toutes les nouvelles méthodes ont été comparées à la méthode à deux impulsions et à la méthode de résistance CC interne. La méthode de capacité de rétention de charge est basée sur l'observation de la courbe de chute de tension de la batterie après son retrait du chargeur lorsqu'elle est chargée à 100 %. Toutes ces expériences ont été menées à température ambiante. Résultats: • Pour la méthode de décharge courte, l'erreur est inférieure à 10 %. • Pour la méthode basée sur CdS, l'erreur est inférieure à 10 % sur 52 points sur 56 prédictions pour SoH tandis que SoH est de 80 à 10 % et SoC de 80 à 20 %. L'erreur moyenne pour la batterie 5 pour toutes les prédictions est de 6%, ce qui est le maximum du lot. • Des améliorations ont été suggérées pour la résistance CC interne et les méthodes à deux impulsions, tandis que les deux méthodes restantes sont présentées comme des méthodes de tri pour SoH dans un groupe de batteries.