Modélisation multi-échelle pour la sécurité des batteries Li-Ion

par Ridha Omrani

Projet de thèse en 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Philippe Azais.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec CEA Grenoble / LITEN (laboratoire) depuis le 15-03-2019 .


  • Résumé

    L'un des enjeux majeurs pour une plus large diffusion de la technologie « batterie Li-ion » dans les applications grand public de forte énergie (telle que la traction électrique) passe par une amélioration de la sécurité des packs batterie. Le premier objectif de cette thèse est de mieux caractériser et modéliser le phénomène d'emballement thermique de cellules Li-Ion lorsqu'elles sont confrontées à des conditions abusives ou de défaut. Durant cette thèse, un outil de simulation prenant en compte l'ensemble des physiques mises en jeu (et en particulier le mécanisme fortement non linéaire d'emballement thermique décrit précédemment) permettant de modéliser ces situations accidentelles sera développé. De manière à pouvoir prendre en compte l'ensemble des caractéristiques dimensionnelles et chimiques des cellules batteries ainsi que certains paramètres associés à leur vieillissement, un modèle électrochimique à l'échelle des électrodes sera visé. Pour atteindre cet objectif ambitieux, le candidat sera d'une part intégré au sein d'une équipe dont le cœur de métier est la modélisation multiphysique et multi échelle mais bénéficiera aussi de l'accès aux plateformes expérimentales du CEA/Liten en charge d'évaluer les performances, le vieillissement et de valider le comportement sécuritaire d'éléments batterie.

  • Titre traduit

    Multi-scale modeling for safety of Li-Ion batteries


  • Résumé

    The reduction of the safety problems constitutes one of the priority objectives to popularize the Lithium-Ion battery technology in electrical vehicles. Indeed, a high risk of thermal runaway of batteries cells happens due to defects or abusive operating conditions. The first objective of this thesis will be to improve the characterization and the model of thermal runaway in Lithium-Ion batteries. Next, this highly nonlinear model will be implemented in a multi-scale and multi-physic software in order to give the ability to predict the behavior of a battery pack in abusive operating conditions. In order to take in to account the main chemical and dimensional specifications of the Li-ion batteries and the aging effect, an electro-chemical model at the "electrode scale" will be targeted and implemented. The work environment of the PhD candidate will be the CEA/Liten institute, more precisely the team in charge of the development of software dedicated to model electrochemical devices but also the experimental platforms dedicated to analyze and improve the Lithium-Ion technology.