Caractérisation des batteries lithium lors de charges rapides de véhicules électriques

Characterization of the aging mechanisms of lithium batteries during fast charges of electric vehicles

• Auteur / Autrice : Quentin Moglia
• Direction : Pierre-Xavier Thivel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : MEP - Mécanique des fluides Energétique, Procédés
• Date : Inscription en doctorat le 02/10/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-Chimie des Matériaux et des Interfaces.

Mots clés

Mots clés libres

Batterie lithium

Charge rapide

Etat de charge

Vieillissement

Etat de santé

Diagnostic

Lithium battery

Fast Charge

State of charge

Ageing

State of health

Diagnosis

Résumé

Cette thèse se place dans le contexte de la charge rapide des batteries lithium pour application véhicule électrique. L'objectif principal des travaux de recherche de cette thèse est d'obtenir d'une part, une caractérisation de l'aptitude d'une batterie à être rechargée rapidement en se basant sur la méthode de compensation de chute ohmique et d'autre part une identification fonctionnelle et fiable des mécanismes de vieillissement permettant l'estimation de l'état de charge et de santé et donc le diagnostic in situ et non intrusive des batteries lithium lors de recharges rapides. La méthode de compensation de la chute ohmique appliquée aux batteries a montré son intérêt à la fois en recharge rapide mais aussi en caractérisation en décharge. L'objectif est ici d'appliquer cette méthode en vue d'élaborer un critère d'aptitude à la recharge rapide des batteries, notamment en étant capable d'identifier les phénomènes limitants liés soient aux cinétiques des réactions redox aux interfaces et soit à la cinétique de transport de masse (migration - diffusion). L'intérêt de ces travaux réside également dans le diagnostic des performances de ces batteries pour un véhicule électrique subissant des charges rapides. Pour cela, des investigations seront menées de façon à profiter au maximum de la richesse des informations qui peuvent être obtenues au travers des différentes mesures (tension, courant, température, contraintes mécaniques, impédance complexe par spectroscopie, analyse physico-chimique des constituants de la batterie etc.) effectuées au cours des sollicitations fonctionnelles de la batterie ainsi que des analyses post-mortem en fin de vie.

This thesis is placed in the context of fast charging of lithium batteries for electric vehicle applications. The main objective of the research work of this thesis is to obtain, on the one hand, a characterization of the ability of a battery to be recharged fastly based on the ohmic drop compensation method and, on the other hand, a functional and reliable identification of the aging mechanisms allowing the estimation of the state of charge and health and thus the in situ and non-intrusive diagnosis of lithium batteries during fast recharges. The method of ohmic drop compensation applied to batteries has shown its interest both in fast charge but also in characterization in discharge. The objective here is to apply this method in order to elaborate a criterion of aptitude for the fast charge of batteries, in particular by being able to identify the limiting phenomena related either to the kinetics of the redox reactions at the interfaces or to the kinetics of mass transport (migration - diffusion). The interest of this work also lies in the diagnosis of the performances of these batteries for an electric vehicle undergoing fast charges. For that, investigations will be carried out in order to take maximum advantage of the richness of the information which can be obtained through the various measurements (voltage, current, temperature, mechanical stresses, complex impedance by spectroscopy, physicochemical analysis of the constituents of the battery etc.) carried out during the functional solicitations of the battery as well as post-mortem analyses at the end of its life.