Gestion de la durée de vie des batteries LiFeMgPO4 pour véhicules électriques au Québec : développement d'un outil d'aide à la décision

Cisse, Elhadji Momar Seck (2024). Gestion de la durée de vie des batteries LiFeMgPO4 pour véhicules électriques au Québec : développement d'un outil d'aide à la décision. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Cette étude vise à analyser et comprendre le comportement de la batterie LiFeMgPO4 sous diverses conditions de recharge et de température, ainsi qu'à explorer des stratégies de gestion optimales à travers le développement d'un outil d'aide à la décision pour prolonger leur durée de vie. Face aux défis posés par les conditions climatiques défavorables pour les batteries des véhicules électriques (VÉ), l'étude se concentre sur les spécificités climatiques de la province du Québec, en considérant deux températures extrêmes : 30°C et -40°C pour refléter au mieux la réalité.

La recherche se divise en trois axes principaux : un système de recharge alimenté par une source éolienne, un système de recharge avec une source de courant idéale, et le développement d'un outil d'aide à la décision (OAD).

La technologie LiFeMgPO4, appartenant à la famille des LFP, est reconnue pour ses avantages en termes de sécurité et de durabilité. Ses performances à basse température sont particulièrement remarquables, démontrant une adaptabilité rapide et une robustesse significative par rapport aux autres technologies des batteries.

Les simulations du système de recharge avec source éolienne, utilisant deux états de charge (SOC) différents (95% et 35%), ainsi que les simulations du système de recharge avec source de courant idéal à 30°C, montrent que l'état de charge (SOC), l'état de santé (SOH) et les paramètres de la batterie (tension, courant et température interne) sont bien maintenus, avec un nombre total de cycles de recharge de 2735. Tandis qu’à -40°C, la batterie s'adapte à l'environnement ambiant avec une baisse initiale de SOH de 28%, ce qui prouve sa capacité d'adaptation, en doublant presque le nombre de cycles de charge/décharge global en temps normal, atteignant 4057 cycles.

L'OAD est conçu pour optimiser la gestion des batteries en fournissant des informations sur le SOH et en proposant des options basées sur des évaluations concernant la réutilisation, la remanufacturation et le recyclage. À -40°C, la chute de capacité de 28% a empêché l'utilisation optimale de la batterie pendant sa première vie (entre 100% et 80%), limitant ainsi son utilisation à partir de sa phase de réutilisation (entre 79,99% et 65%) pour aller jusqu’à 50% de sa capacité, justifiant sa fin de vie. Cet outil prend également en compte l’économie circulaire en attribuant un prix pour chaque phase de vie de la batterie afin de permettre à l’utilisateur l’option de vente. De même, l’OAD a montré une durée de vie moyenne de la batterie de 13 ans et 6 mois à 30°C, contre 12 ans et 6 mois à -40°C.

Résumé traduit

This study aims to analyze and understand the behavior of LiFeMgPO4 batteries under various charging and temperature conditions, as well as to explore optimal management strategies through the development of a decision support tool to extend their lifespan. Addressing the challenges posed by adverse climatic conditions for electric vehicle (EV) batteries, the study focuses on the specific climate of the Quebec province, considering two extreme temperatures: 30°C and -40°C to best reflect reality.

The research is divided into three main axes: a charging system powered by a wind source, a charging system with an ideal current source, and the development of a decision support tool (DST).

LiFeMgPO4 technology, belonging to the LFP family, is known for its safety and durability advantages. Its performance at low temperatures is particularly remarkable, demonstrating rapid adaptability and significant robustness compared to other battery technologies.

Simulations of the wind-powered charging system, using two different states of charge (SOC) (95% and 35%), as well as simulations of the ideal current source charging system at 30°C, show that the SOC, state of health (SOH), and battery parameters (voltage, current, and internal temperature) are well maintained, with a total number of charging cycles of 2735. At -40°C, the battery adapts to the ambient environment with an initial SOH drop of 28%, proving its adaptability by almost doubling the total number of charge/discharge cycles under normal conditions, reaching 4057 cycles.

The DST is designed to optimize battery management by providing information on SOH and proposing options based on assessments concerning reuse, remanufacturing, and recycling. At -40°C, the 28% capacity drop prevented optimal battery use during its first life (between 100% and 80%), thus limiting its use starting from the reuse phase (between 79.99% and 65%) to up to 50% of its capacity, justifying its end of life. This tool also considers the circular economy by attributing a price for each phase of the battery's life to allow the user the option to sell. Additionally, the DST showed an average battery lifespan of 13 years and 6 months at 30°C, compared to 12 years and 6 months at -40°C.

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 avec mémoire en génie électrique". Comprend des références bibliographiques (pages 91-94).
Mots-clés libres:	véhicules électriques, VÉ, LiFeMgPO4, l'état de charge, SOC, l'état de santé, SOH, outil d'aide à la décision, OAD, réutilisation, remanufacturation, recyclage
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Montecinos, Julio
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	28 mars 2025 16:16
Dernière modification:	28 mars 2025 16:16
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3556

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