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Article

1 - CONTEXTE ET DÉFINITIONS

2 - VIEILLISSEMENT DES ACCUMULATEURS LI-ION

3 - MODÉLISATION DU VIEILLISSEMENT DES BATTERIES

4 - DÉTERMINATION DES PARAMÈTRES DU MODÈLE ET PROTOCOLES EXPÉRIMENTAUX

5 - VALIDATION DES MODÈLES ET APPLICATIONS

  • 5.1 - Validation des modèles
  • 5.2 - Applications des modèles
  • 5.3 - Précision – Fiabilité des résultats

6 - CONCLUSION ET PERSPECTIVES

Article de référence | Réf : RE231 v1

Modélisation du vieillissement des batteries
Vieillissement des accumulateurs lithium-ion dans l'automobile

Auteur(s) : Charles DELACOURT, Claude ADES, Quentin BADEY

Date de publication : 10 juil. 2014

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RÉSUMÉ

Cet article traite du vieillissement, c'est-à-dire de la dégradation des performances, des batteries lithium-ion utilisées dans les applications automobiles. Le vieillissement des accumulateurs lithium-ion est abordé ici à travers ses principaux mécanismes physico-chimiques ainsi que les modes spécifiques de sollicitation dus à l’automobile. La présentation des principaux modèles de comportement et de vieillissement de batteries utilisés est centrée sur le développement des véhicules électriques et hybrides. Les multiples procédures et normes utiles à la mise en place de cette modélisation sont également détaillées.

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ABSTRACT

This article presents the aging of Li-ion batteries dedicated to automotive applications (i.e., performance decay over time/usage). Degradation phenomena are detailed based on their physical description, and automotive-specific battery usage are listed. The main types of performance and aging battery models that are developed in the context of electric and hybrid vehicles are presented. The multiple procedures and norms relevant to their implementation are documented as well.

Auteur(s)

  • Charles DELACOURT : Chargé de recherche, Laboratoire de réactivité et de chimie des solides (UMR 7314), Université de Picardie Jules Verne, Amiens, France

  • Claude ADES : Directeur, MTA plateforme d'essais SAS, France

  • Quentin BADEY : Ingénieur expert batteries, MTA plateforme d'essais SAS, France

INTRODUCTION

Points clés

Domaine : Véhicules électriques et hybrides

Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité

Technologies impliquées : Batteries lithium-ion, Systèmes de gestion batterie

Domaines d'application : Automobile

Principaux acteurs français :

Pôles de compétitivité : Mov'eo, Tenerrdis

Centres de compétence : IFP-En, IMS, IFSTTAR, LRCS, CEA, EIGSI, UTC

Industriels : Renault, PSA Peugeot Citroën, Bolloré, SAFT

Autres acteurs dans le monde : Nissan, BYD, Samsung SDI, LG Chem, Panasonic, ANL

Contact : [email protected], [email protected]

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KEYWORDS

automotive   |   batterie   |   lithium-ion   |   ageing

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-re231


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3. Modélisation du vieillissement des batteries

3.1 Introduction à la modélisation

La modélisation a pour objectif la création d'un outil représentatif du comportement des batteries dans toutes les conditions d'usage. Elle répond de la mise en œuvre d'une démarche scientifique visant à produire une représentation assez complexe de l'objet étudié, afin d'atteindre le niveau de précision demandé, mais assez simplifiée afin de gagner en temps et en moyens. Ces modèles posséderont également des limites en termes de plage d'utilisation : à une seule ou à de multiples températures, sur une plage de courant réduite (type VE) ou large (type VH), etc. Le temps et les moyens dépensés par le modélisateur dépendront donc directement des objectifs fixés en termes de qualité de modélisation et de domaine d'application.

Dans notre cas, la modélisation d'un accumulateur lithium- ion consiste en la création d'un outil qui permet de mettre sous forme analytique et/ou informatique les évolutions de la batterie pendant son utilisation. Concrètement on peut distinguer deux types de modèles.

  • Les modèles de comportement

    Les modèles de comportement ont pour objectif de simuler le comportement électrique d'une batterie soumise à une sollicitation succincte (c'est-à-dire n'ayant pas d'impact significatif sur le vieillissement de l'accumulateur). Les paramètres du modèle ne varient pas en fonction des sollicitations, on parle de modèles non vieillis. Ces modèles sont relativement plus faciles à mettre en place étant donné que l'état de l'art est beaucoup plus abondant que dans le cas d'un modèle de vieillissement, et que les essais nécessaires à leur mise en place sont généralement plus courts. Concrètement, pour un usage automobile, un modèle de comportement peut être utilisé pour singer des éléments unitaires et mettre au point une stratégie de gestion au niveau du pack.

  • Les modèles de vieillissement (ou lois de vieillissement)

    Les modèles, ou lois, de vieillissement ont pour objectif d'estimer la dégradation (le vieillissement) d'un système électrochimique à travers l'évolution d'un ou de plusieurs paramètres (généralement électriques, géométriques, ou physico-chimiques) au fil du temps. Ces périodes étant souvent très longues, l'estimation se base sur des essais (généralement accélérés) afin...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - NAGAURA (T.), TOWAZA (K.) -   *  -  Prog. Batteries Solar Cells, 9, p. 209 (1990).

  • (2) - AMATUCCI (G.), TARASCON (J.-M.) -   *  -  J. Electrochem. Soc., 149(12), p. K31-K46 (2002).

  • (3) - NUMATA (T.), AMEMIYA (C.), KUMEUCHI (T.), SHIRAKATA (M.), YONEZAWA (M.) -   *  -  J. Power Sources, 97-98, p. 358 (2001).

  • (4) - SRINIVASAN (V.) -   *  -  AIP Conference Proceedings, 1044, p. 283-296 (2008).

  • (5) - GORDON-BLOOMFIELD (N.) -   *  -  Nissan Buys Back Leaf Electric Cars Under Arizona Lemon Law http://www.greencarreports.com/

  • (6) - MATSUSHIMA (T.) -   *  -  J. Power Sources, 189, p. 847-854 (2009).

  • (7)...

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