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

by Joël-Louis Kone

Doctoral thesis in Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Under the supervision of Yann Bultel, Maxime Montaru and Sébastien Fiette.

defended on 08-01-2021

in Université Grenoble Alpes , under the authority of École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , in a partnership with Laboratoire d'innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux (Grenoble) (laboratoire) .

Thesis committee President: Pascal Venet.

Thesis committee members: Odile Capron, Isabel Jimenez Gordon.

Examiners: Serge Pélissier, Christophe Forgez.

keywords

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

Alternative Title

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

Abstract

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.

keywords

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

Abstract

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.