ETHERION – Estimation de l’énergie stockée dans des batteries par l’analyse des flux thermiques

ETHERION – Estimation de l’énergie stockée dans des batteries par l’analyse des flux thermiques

À propos de ce projet

Thème

Contexte

Avec l’essor des véhicules électriques, les batteries sont amenées à évoluer. En effet, les batteries lithium ion sont soumises à de fortes contraintes techniques liées à la recharge rapide ou charge à froid. Ces contraintes sont dimensionnantes.

Le sujet proposé vise à améliorer les modèles thermiques de batteries en vue d’optimiser leurs performances ou leurs géométries, d’augmenter leur durée de vie et d’effectuer un meilleur diagnostic en temps réel par une prise en compte plus précise des grandeurs thermiques.

Objectifs

Cette thèse a deux objectifs :

• Mettre en œuvre des techniques de mesures de flux thermique sur des cellules de format cylindrique et prismatique. Ces manipulations doivent permettre d’améliorer la caractérisation de modèle thermique en tenant compte de paramètres qui peuvent varier d’une région à une autre au sein de chaque cellule. Ce modèle devra être vérifié dans le cadre d’assemblage de cellules en pack batterie.
• Quantifier précisément les échanges d’énergie (thermique et électrique) afin de déterminer la quantité d’énergie réellement rechargée ou déchargée.

Retombés

ETHERION permettra à terme, grâce à la modélisation thermique de :

• Maîtriser la performance du système de stockage : plus une batterie est chaude, plus elle est efficiente. A contrario, les recharges à froid (basses températures voire négatives) peuvent engendrer des problèmes de dépôt de lithium irréversible ce qui contribue à une baisse significative et rapide de la capacité de stockage. De la même manière, les décharges à froid ne permettent pas d’extraire la totalité de l’énergie stockée du fait d’une impédance trop élevée à froid.
• Garantir la sûreté de fonctionnement (risques d’emballement thermique) : si des parties de matière active se retrouvent à des températures supérieures à 90°C, le risque d’emballement thermique incontrôlable est réel. Le modèle thermique doit permettre une surveillance temps réel de la température de cœur des cellules, celles-ci étant inaccessibles pour la mesure de température.
• Prédire voire limiter le vieillissement des batteries. Les études ont montré que la température élevée est le facteur de rang 1 contribuant au vieillissement de la batterie. L’estimation de la durée de vie des batteries est actuellement un élément essentiel pour l’estimation des coûts réels d’exploitation et donc de l’estimation de la compétitivité de ces systèmes de stockage.