William WHEELER a soutenu sa thèse le 13/09/2023.
Lieu : Salle de conférence de la Bibliothèque Universitaire de l’université Lyon 1
Jury :
Rapporteurs :
M. BRIAT Olivier, Professeur des Universités, U. Bordeaux
M. FORGEZ Christophe, Professeur des Universités, UTC
Examinateurs :
Mme ALONSO Corinne, Professeure des Universités, U. Toulouse
Mme HINAJE Melika, Professeure des Universités, U. Lorraine
Mme RAULET Marie-Ange, Maître de Conférences, UCB Lyon 1
Invités :
M. MENIERE Frederic, Président, EVE System
M. PELISSIER Serge, Directeur de Recherche, UGE
M. RIVIERE Elie, Docteur Ingénieur R&D, EVE System
Encadrement :
M. SARI Ali, Professeur des Universités, UCB Lyon 1
M. BULTEL Yann, Professeur des Universités, UGA , co-directeur de thèse
M. VENET Pascal, Professeur des Universités, UCB Lyon 1, co-directeur de thèse
Résumé :
La réutilisation des batteries issues de véhicules électriques est un enjeu majeur pour prolonger leur durée de vie, limiter leurs impacts environnementaux, repousser leur coût de recyclage et améliorer leur valeur économique. La réutilisation n’est cependant pas sans risque. De nombreux aléas peuvent la remettre en cause : vieillissement imprévisible, inhomogénéité de vieillissement, démontage et processus de sélection complexe, défaut de sécurité… Ces travaux ont pour but de diagnostiquer et d’estimer la durée de vie utile restante de batteries lithium-ion en vue de déterminer la possibilité d’une réutilisation en seconde vie. L’étude porte sur des cellules lithium-fer-phosphate/graphite. Une campagne d’essai a permis de faire vieillir des cellules de l’état neuf jusqu’à des états de santé avancés de 30% pour certaines cellules. Des essais représentatifs d’usages menant à de tels états de santé sont peu courant dans la littérature. Ces données montrent un vieillissement non-linéaire entre la première et la seconde vie. La compréhension des phénomènes de vieillissement est donc nécessaire avant d’établir un diagnostic et un pronostic de l’état de santé des cellules.
L’étude post-mortem montre un vieillissement inhomogène de la cellule : l’électrode négative subit une dégradation hétérogène en surface avec des zones devenant non fonctionnelles. Une dégradation des caractéristiques électriques est également constatée sur les zones encore fonctionnelles. L’électrode positive conserve des caractéristiques similaires avant et après vieillissement. La méthode de diagnostic de l’état de santé proposé permet d’associer la perte de capacité de la cellule aux différents modes de vieillissement, à savoir la consommation de lithium cyclable et la perte de matière active à l’électrode négative. La méthode est basée sur l’étude de la dérivation de la tension (DVA, « differential voltage analysis ») et sur l’analyse incrémentale de la capacité (ICA, « incremental capacity analysis ») au niveau de la cellule. La méthode se base sur le suivi des points caractéristiques (« pick tracking »). A l’issue de ces travaux, des lois de vieillissement sont formulées pour estimer l’état de santé de l’électrode négative, la perte de lithium cyclable et le vieillissement de la cellule. La durée de vie utile restante est finalement estimée.
Mots-clés : Batterie lithium-ion ; Véhicule électrique ; Etat de santé ; SoH ; Analyse par Dérivation de la Tension ; DVA ; Analyse Incrémentale de la Capacité ; ICA ; Diagnostic ; Pronostic ; Durée de vie utile restante ; RUL ; Vieillissement accéléré ; Vieillissement en cyclage ; Lithium Fer Phosphate ; Graphite ; LFP ; Graphite/LFP.