Contrôle de l'état de charge de Batteries Li-Ion par méthodes ultrasonores

Control of the state of charge of Li-Ion Batteries by ultrasonic methods

• Auteur / Autrice : Yassine Moradi
• Direction : Marc Lethiecq, Khalid Chikh, Lionel Haumesser
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Inscription en doctorat le 20/10/2022
• Etablissement(s) : Bourges, INSA Centre Val de Loire en cotutelle avec Université Soultan moulay Sliman
• Ecole(s) doctorale(s) : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherche en Matériaux, Microélectronique, Acoustique et Nanotechnologies

Mots clés

Mots clés libres

Batterie Li-Ion

Ultrasons

Poro-élasticité

Li-Ion Battery

Ultrasound

Poro-elasticity

Résumé

L'essor des systèmes mobiles a provoqué une forte augmentation du nombre de batteries. La technologie Li-ion est aujourd'hui majoritaire grâce à une énergie spécifique importante. Cependant, cette technologie est complexe et nécessite d'être surveillée durant tout son cycle de vie. De nombreux systèmes de management de la batterie (BMS) existent mais ils restent basés sur les niveaux de tension et de courant, qui ne permettent pas de quantifier l'état de vieillissement de la batterie ni son état de charge effectif. Depuis quelques années, des chercheurs ont proposé d'utiliser les ondes ultrasonores pour pouvoir caractériser les différents éléments de la batterie, dont les constantes mécaniques varient au cours de la charge. Cependant, ces études sont majoritairement expérimentales. Dans ce travail, nous proposons de prendre en compte la variation de la porosité en cours de charge et de calculer les constantes poroélastiques afin de simuler la propagation des ondes ultrasonores. Des expérimentations sur des échantillons modèles, puis sur des batteries entières permettront d'améliorer ces modèles poroélastiques. Ces travaux permettront de mieux comprendre les variations observées expérimentalement (variation des temps de vol, apparition d'onde lente) et mettre en place un BMS plus performant.

The growth of mobile systems has led to a sharp increase in the number of batteries. Li-ion technology is now in the majority thanks to its high specific energy. However, this technology is complex and needs to be monitored throughout its life cycle. Many battery management systems (BMS) exist but they are still based on voltage and current levels, which do not allow to quantify the state of aging of the battery nor its actual state of charge. In recent years, researchers have proposed to use ultrasonic waves to characterize the different elements of the battery, whose mechanical constants vary during the charge. However, these studies are mostly experimental. In this work, we propose to take into account the variation of the porosity during charging and to calculate the Poro elastic constants in order to simulate the propagation of ultrasonic waves. Experiments on model samples, then on whole batteries will allow to improve these Poro elastic models. This work will allow to better understand the variations observed experimentally (variation of the flight times, appearance of slow wave) and to set up a more powerful BMS.