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Validation expérimentale d'un modèle thermique de batterie lithium-ion

Lupien-Bédard, Alexandre (2016). Validation expérimentale d'un modèle thermique de batterie lithium-ion. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Afin de réduire notre dépendance aux carburants fossiles et réduire les gaz à effets de serre dans le domaine du transport, la recherche sur les batteries et cellules lithium-ion se développe rapidement. La technologie aux ions de lithium est très prometteuse par sa grande densité d’énergie et de puissance ainsi que sa meilleure efficacité par rapport aux types de batteries traditionnelles (NiCd, NiMH et Plomb-Acide). Pour soutirer tous les avantages d’une batterie lithium-ion en maintenant sa température interne et son état de charge à un niveau sécuritaire, elle doit être contrôlée et supervisée d’une manière adéquate par un "Battery Monitoring System" (BMS). Pour ce faire, cet instrument requière un modèle électrique-thermique se rapprochant le plus de la réalité.

Plusieurs méthodes de modélisation et d’identification de paramètres existent dans la littérature scientifique. Souvent, ces méthodes requièrent des paramètres propriétaires provenant du manufacturier ou des mesures expérimentales complexes et coûteuses. Afin de palier à ces difficultés et offrir aux utilisateurs de batteries lithium-ion un outil simple et efficace, un nouveau modèle thermique basé sur le modèle de Shepherd modifié a été développé. Ce mémoire porte sur la validation expérimentale de ce modèle thermique simplifié de batterie lithium-ion.

Une batterie LiFePO4 et une cellule LiCoO2 sont étudiées. Premièrement, les paramètres thermiques de la batterie et des cellules sont identifiés expérimentalement et les paramètres sont calculés à partir des fiches techniques du manufacturier. Une validation en régime permanent par des décharges CC et des recharges CC-CV sur la batterie et les cellules à différentes températures ambiantes a été effectuée. Ensuite, une validation dynamique par des décharges et recharges pulsées et par des décharges suivant un cycle de conduite à différentes températures ambiantes ont été effectuées sur la batterie.

Les résultats de validation sont analysés et discutés. La validation effectuée respecte les contraintes d’erreur prédéfinies à quelques exceptions près.

Titre traduit

Experimental validation of a lithium-ion battery thermal model

Résumé anglais

In order to reduce our dependance to fossil fuels and to reduce greenhouse gases in the field of transportation, new battery technologies rapidly emerge. Lithium-ion technology is very promising for its high energy and power density compared to traditional battery types such as NiCd, NiMH and Lead-Acid. To take advantage of the lithium-ion technology, the battery temperature and SOC must be supervised with a Battery Management System (BMS). The BMS needs a reliable electro-thermal model of the battery to supervise it properly.

Many battery modeling and parameters identification methods exist in the litterature. Often, these methods require proprietary information from the battery manufacturer or costly and complex experiments. To simplify the modeling of lithium-ion battery, a novel thermal model based on modified Shepherd battery model has been developped. This report addresses the experimental validation of this novel lithium-ion thermal model.

A LiFePO4 battery and a LiCoO2 cell have been tested. First, the thermal parameters of the battery and cells are identified experimentally and the electrical parameters are calculated from the manufacturers datasheets. A steady state validation with CC discharges and CC-CV charges at different ambient temperatures was carried out on the battery and cells. Then, a dynamic validation with pulsed discharges/charges and driving cycle discharges at different ambient temperatures was carried out on the battery.

Validation results are analysed and discussed. The Validation respects the predefined error constraints excepting certain types of validations.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie électrique". Bibliographie : pages 83-84.
Mots-clés libres: Batteries au lithium-ion Modèles mathématiques. Analyse thermique. électrique, modèle, thermique, validation expérimentale, batterie lithium-ion, modélisation thermique
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Dessaint, Louis-A.
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Fortin Blanchette, Handy
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 02 août 2016 14:32
Dernière modification: 02 août 2016 14:32
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1698

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