Accélération et caractérisation du vieillissement pour l'étude des batteries des véhicules électriques en première vie

Acceleration and characterization of aging for the study of electric vehicle batteries in their first life

• Auteur / Autrice : Romain Tabusse
• Direction : Daniela Chrenko, Samir Jemeï, David Bouquain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 18/10/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de technologie de Belfort-Montbéliard (1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Ali Sari
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniela Chrenko, David Bouquain, Christophe Forgez, Jean-Michel Vinassa, Matthieu Dubarry
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Forgez, Jean-Michel Vinassa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Batteries lithium-ion

Véhicules électriques

Mots clés libres

Batterie lithium-Ion

Vieillissement

Essais accélérés

Caractérisation

Véhicule électrique

Seconde vie

Lithium-Ion battery

Aging

Accelerated testing

Rpt

Electric vehicle

Second life

Résumé

Actuellement l’étude du vieillissement des batteries lithium-ion repose principalement sur des mesures expérimentales obtenues sur banc d’essais. Leur production nécessite des essais longs et couteux. Il est donc nécessaire de les accélérer mais la fidélité des dégradations peut en être affectée. Afin d’adresser cette problématique, une nouvelle approche de vieillissement accéléré a été proposée. Elle est dédiée à l’étude des batteries des véhicules électriques qui présentent un faible taux d’utilisation. Cette caractéristique est exploitée afin d’accélérer le vieillissement calendaire durant les périodes de stationnement. La température est portée à 40°C durant ces phases uniquement afin de conserver leur contribution au vieillissement sans toutefois impacter la fidélité des phases de roulage. La méthodologie a été validée expérimentalement sur deux scénarios d’usage automobile et deux chimies différentes (NCA et NMC). A la suite, la caractérisation du vieillissement au cours des campagnes d’essais accélérés a été étudié. Une analyse systémique a été menée à l’échelle de la procédure complète afin d’en évaluer le caractère invasif. Elle a permis grâce aux résultats expérimentaux de réduire la durée et la complexité de la procédure. Ce travail s’inscrit dans l’étude de la seconde vie des batteries des voitures électriques en adressant la première vie, celle-ci étant jugée comme déterminante sur les performances et la dégradation des batteries au cours de la seconde.

At present, the study of lithium-ion battery ageing relies mainly on experimental measurements obtained on test benches. Their production requires long and costly tests. It is therefore necessary to accelerate them, but this can affect the fidelity of degradation. To address this issue, a new approach to accelerated aging has been proposed. It is dedicated to the study of electric vehicle batteries, which have a low utilization rate. This characteristic is exploited to accelerate calendar ageing during parking periods. The temperature is raised to 40°C during these phases only, in order to maintain their contribution to ageing without affecting the fidelity of the driving phases. The methodology was validated experimentally on two different automotive use scenarios and two different chemistries (NCA and NMC). Next, the characterization of aging during accelerated test campaigns was studied. A systemic analysis was carried out on the scale of the complete procedure in order to assess its invasiveness. Thanks to the experimental results, it has been possible to reduce the time and complexity of the procedure. This work is part of the study of the second life of electric car batteries, addressing the first life, which is considered to have a decisive impact on battery performance and degradation during the second life.