Intégration du facteur vieillissement dans la gestion d'une batterie lithium-ion

Abstract

Au sein d’une chaîne de traction électrique ou hybride, la batterie Lithium-Ion constitue un réservoir de puissance et d’énergie. Le pilotage de la batterie en vue d’alimenter le moteur électrique, nécessite d’embarquer dans le BMS (Battery Management System), des algorithmes calculant la puissance et l’énergie disponibles en conditions d’exploitation réelles.En effet, la puissance et l’énergie réellement disponibles dépendent de deux facteurs clefs intervenant au niveau de chaque cellule individuelle. Ces facteurs sont d’une part les limites de fonctionnement en tension, en courant et en température ; et d’autre part l’ampleur des phénomènes dits de vieillissement. Les algorithmes considérés sont ceux reposant sur un modèle interne de la cellule Lithium-Ion. Le modèle interne de chaque cellule nécessite ainsi des identifications (c.-à-d. mises à jour) en ligne à mesure que la cellule vieillit.L’objectif scientifique de la thèse est de développer des stratégies d’identification en ligne du modèle interne d’une cellule Lithium-Ion. Le contexte applicatif de la thèse a conduit à rechercher des approches algorithmiques capables d’être embarquées sur un calculateur.A partir d’une recherche bibliographique, il a été juge nécessaire de développer en premier lieu un algorithme d’identification de la courbe de tension à vide et de la capacité. Les développements ont ensuite porté sur l’identification des paramètres dynamiques de la cellule à savoir la résistance interne et un paramètre caractéristique de la diffusion. Les limites des techniques d’identification des paramètres dynamiques en présence de fluctuations de température et de bruit de mesure sont également discutées. Des techniques d’aide à la décision sont ensuite explorées dans le but de surveiller la validité du modèle embarqué.Les travaux sur l’identification du modèle interne ont conduit à une reformulation du problème d’équilibrage d’une batterie. Il est montré que le paradigme consistant à égaliser toutes les tensions ou tous les Etats-de-Charge (SOC) des cellules en série est trop conservatif et que, du fait du vieillissement, un certain niveau de déséquilibre peut-être toléré dans des limites définies sans diminuer la puissance et l’énergie réellement disponibles.