Télécharger la fiche pdf du projet SIMCAL

Nom complet

Etude et modélisation du vieillissement calendaire des batteries NiMH et Li-Ion embarqués dans des véhicules routiers

La problématique

L’énergie électrique prend une place de plus en plus importante dans les véhicules pour un grand nombre d’applications dans les domaines des véhicules légers (véhicules hybrides et électriques) et ceux de transport urbain.

Les innovations technologiques dans ces domaines ont en commun de faire intervenir des systèmes de stockage d’énergie (« SSE ») embarqué qui se heurte encore aujourd’hui à plusieurs difficultés.

Résumé

Les difficultés majeures de l’utilisation des systèmes de stockage sont :

- Une certitude : La complexité des architectures dans leur mise en œuvre et leur gestion nécessite une approche par simulation pour les dimensionnements et les optimisations. Une telle approche, qui doit être globale depuis l’électrochimie du SSE jusqu’au système véhicule et à son usage, est extrêmement difficile à mettre en place et de fait peu utilisée,

- Des incertitudes : L’évolution de la nature des sollicitations des systèmes de stockage ainsi que l’utilisation de composants et d’architectures innovants induisent une incertitude sur leurs modes de vieillissement et leur durée de vie qui sont actuellement un problème majeur.

Le développement d’outils de simulation de comportement et de vieillissement des systèmes de stockage associé à une compréhension des phénomènes impliqués sont absolument nécessaires, ce que permettra d’apporter le Projet SIMCAL.

Objectifs du projet

- Etudier les mécanismes de vieillissement calendaire dans le cas de technologies de batteries récentes pour lesquelles ces phénomènes sont très mal connus (en particulier pour les batteries Li-Ion de nouvelles générations) ;

- Modéliser le vieillissement calendaire des batteries.

Le mode de vieillissement calendaire correspondant au vieillissement des batteries lorsqu’elles sont laissées au repos, le projet SIMCAL permet de fait d’étudier ce mode de vieillissement des batteries quel que soit leur application finale. Ceci-étant, le choix des technologies étudiées permettra de couvrir plus particulièrement les applications suivantes :

- véhicules électriques et hybrides (vieillissement en mode parking) ;

- stockage des énergies renouvelables.

Les participants

Inductriels :
LMS IMAGINE , REGINOV, PSA, VALEO, SAFT, EDF

Universitaires :
Laboratoire de Réactivité et Chimie des Solides (LRCS), Laboratoire d’Electromécanique de Compiègne (LEC), IMS Bordeaux INRETS

EPIC et associations :
CEA, IFP

Contribution du LEC

- Les études bibliographiques initiales :

Ces études portent sur deux thèmes: les mécanismes de viellissement calendaire et les expérimentations conduites dans ce domaine ayant permis de constituer des bases de données ainsi que les tentatives de modélisation qui ont été conduites, l’ensemble sur les 2 classes de technologie étudiées: Li-Ion, NiMH.

- Essais calendaires :

La réalisation de ces essais, indépendamment du processus de vieillissement lui-même, peut être délicate dans la mise en oeuvre des techniques de caractérisation. Celles-ci, qui consistent essentiellement en mesuress de capacité, mesures de résistance interne et spectres d’impédance dans différentes conditions doivent être organisées rigoureusement. En effet, ces opérations de caractérisation peuvent conduire à une charge de travail qui peut aller jusqu’au plein temps d’un charcheur.

Principales retombées attendues

- Sur le plan scientifique :

En parfaite complémentarité du programme SIMSTOCK qui a pour objectif d’élaborer des modèles de vieillissement en cyclage, le programme SIMCAL permettra de disposer d’une bibliothèque de modèles de vieillissement calendaire pour différentes technologies de batteries. L’analyse de l’évolution chimique des éléments au cours de ces études de vieillissement constituera un autre apport précieux à la communauté scientifique.

- Sur le plan économique :

Ces retombées scientifiques seront directement valorisables. En effet, les modèles développés permettront d’apporter une meilleure évaluation de la durée de vie et de l’évolution des performances des batteries, et par voie de conséquence, d’optimiser leur dimensionnement au sein des systèmes. La batterie est en effet un composant coûteux qui doit être dimensionné au plus juste en fonction du cahier des charges de l’application pour minimiser l’impact de son coût. Critère de premier plan dans la réussite de la mise sur le marché des véhicules Hybrides et Electriques comme des énergies renouvelables, le Projet SIMCAL permettra donc de soutenir l’émergence de ces filières. Acquérir les outils de conception et les savoir-faire dans le cas dans l’éventualité de production de véhicules hybrides français