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

Lachance, Enric (2018). Validation expérimentale d'un modèle de vieillissement de batterie lithium-ion. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le stockage de l’énergie électrique est un enjeu important pour la mise en oeuvre d’un projet énergétique propre. Par sa grande densité de stockage électrique, la technologie des batteries au lithium est habituellement favorisée. La faisabilité d’un projet utilisant des accumulateurs au lithium prend en considération le dimensionnement nécessaire, les conditions d’opération et l’usure des composantes. Pour ce faire, les concepteurs doivent être munis d’outils de modélisation simulant les paramètres dynamiques des batteries. Un système d’analyse prenant en compte l’usure et les conditions de fonctionnement doit être pris en compte pour le stockage électrique viable à long terme.

Les modèles de simulations électrochimiques et physiques sont complexes à résoudre et nécessitent de nombreux paramètres internes des cellules chimiques. Pour contrer ces difficultés, un modèle électrique de vieillissement des batteries au lithium a été développé. Cet outil simple permet de modéliser le vieillissement en plus de l’évolution des paramètres des piles. Ce document porte sur la validation expérimentale du modèle de vieillissement de batterie au lithium-ion.

Un protocole de vieillissement est établi pour obtenir les paramètres nécessaires à la validation du simulateur. L’usure accélérée des batteries se fait à deux températures et à plusieurs taux de recharges et de décharges sur cinq piles LiFePO4 et sur cinq piles LiNiMnCoO2. L’identification des paramètres a nécessité de 40 jours à 6 mois d’essais en laboratoire pour la pile LFP et en 1 mois pour la pile NMC. Ces résultats expérimentaux sont ensuite comparés aux sorties du modèle de vieillissement pour en vérifier sa capacité de prédiction jusqu’à la fin de vie des piles (10 à 20 % de perte de capacité).

La validation a démontré que le modèle fournit des résultats dans une marge d’erreur relative de moins de 2 % lorsqu’il est comparé aux essais expérimentaux. De plus, le modèle de vieillissement proposé est comparé au modèle Ah-throughput. Les résultats obtenus montrent une meilleure précision du modèle proposé face à la méthode Ah-throughput au niveau du DOD et du taux de recharge.

Titre traduit

Experimental validation of a generic cycle aging model for lithium-ion batteries

Résumé traduit

The storage of electrical energy is an important issue for the implementation of a clean energy project. Because of its high electrical storage density, lithium battery technology is usually favoured. The feasibility of a project using lithium batteries must consider the necessary dimensioning, the operating conditions and the aging of the components. To do this, designers must be equipped with modelling tools that simulate the dynamic parameters of the batteries. An analysis system that considers wear and operating conditions should be considered for long-term viable electrical storage.

Electro-chemical and physical simulation models are complex to solve and they require many internal parameters from the chemical cells. To counter these difficulties, an electric cycle-aging of lithium batteries has been developed. This simple tool can model aging in addition to the evolution of the battery’s parameters based on equivalent cycle counting. This document focuses on the experimental validation of this generic aging model.

An aging protocol is established to obtain the necessary parameters for the simulator. This procedure causes the batteries to age at three temperatures and at several charging and discharging rates on five LiFePO4 cells and five LiNiMnCoO2 cells. Parameter identification required 40 days to 6 months of laboratory tests for the LFP battery and 1 month for the NMC battery. These experimental results are then compared to the outputs of the aging model to check its predictive capacity until the end of battery life (10 to 20% loss of capacity).

The validation has shown that the simulation results are within a margin of error of less than 2% compared to experimental trials. Furthermore, the proposed aging model is compared to the Ah-throughput model. The results obtained show a better accuracy of the proposed model against the Ah-throughput method to the variation of the DOD and the charging rate.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l\U+2019\École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie électrique" Comprend des références bibliographiques (pages 73-74).
Mots-clés libres:	validation expérimentale, batterie, lithium-ion, vieillissement, modélisation
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Dessaint, Louis-A.
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	08 mars 2019 16:49
Dernière modification:	08 mars 2019 16:49
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2222

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