Thèse : Gestion de batterie lithium-ion pour véhicules mild hybrid

HAL Id: tel-01178049
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Submitted on 17 Jul 2015
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Développement d’un système de gestion de batterie
lithium-ion à destination de véhicules ”mild hybrid” :
détermination des indicateurs d’état (SoC, SoH et SoF)
Aurélien Lièvre
To cite this version:
Aurélien Lièvre. Développement d’un système de gestion de batterie lithium-ion à destination de
véhicules ”mild hybrid” : détermination des indicateurs d’état (SoC, SoH et SoF). Energie électrique.
Université Claude Bernard - Lyon I, 2015. Français. �NNT : 2015LYO10065�. �tel-01178049�

N° d'ordre 65 – 2015 Année 2015
THÈSE DE L‘UNIVERSITÉ DE LYON
Délivrée par
L’UNIVERSITÉ CLAUDE BERNARD LYON 1
ÉCOLE DOCTORALE EEA
DIPLÔME DE DOCTORAT
(Arrêté du 7 août 2006)
Développement d'un système de gestion de batterie lithium-ion à
destination de véhicules "mild hybrid"
Détermination des indicateurs d'état (SoC, SoH et SoF)
soutenue publiquement le 27 mai 2015
par
Aurélien LIÈVRE
JURY
Rapporteurs : Christophe FORGEZ UTC (Compiègne)
Jean-Michel VINASSA INP (Bordeaux)
Examinateurs : Jean-Christophe CRÉBIER CNRS INP (Grenoble)
Stéphane RAËL UL (Nancy)
Directeurs : Pascal VENET UCBL (Lyon)
Serge PELISSIER IFSTTAR (Bron)
Encadrants : Ali SARI UCBL (Lyon)
Alaa HIJAZI INSA (Lyon)
Invité : Arnaud SAGUEZ Valeo

REMERCIEMENTS
Je tiens tout d’abord à remercier Christophe FORGEZ et Jean-Michel VINASSA d’avoir accepté
de rapporter mes travaux de thèse. D’une manière plus générale, je remercie les membres du jury
d’avoir bien voulu examiner ces travaux au travers de leurs expertises respectives.
Je souhaite ensuite remercier Daniel BENCHETRITE et Mathilde OUATTARA-BRIGAUDET pour la
confiance qu’ils m’ont accordée en me permettant d’effectuer ces travaux au sein de la société
VALEO.Cela a été un réel plaisir de travailler avec vous au sein de cette société de laquelle je
garderai un excellent souvenir. Merci Mathilde pour ta disponibilité et ta gentillesse lors de ton
encadrement.
Je remercie également mes directeurs de thèse Pascal VENET et Serge PELISSIER pour m’avoir
fait confiance et permis d'effectuer ces travaux de thèse sous leur direction, au sein du laboratoire
AMPÈRE et de l’IFSTTAR. Je joins également à ces remerciements Ali SARI pour son rôle
d'encadrant. Vos conseils, votre disponibilité malgré des emplois du temps chargés, votre
complicité et votre bonne humeur sont une source de motivation indéniable. Travailler avec vous
a été un réel plaisir.
Je remercie l'ensemble des membres du laboratoire AMPÈRE pour l'ambiance chaleureuse qu'ils
font régner au laboratoire où j'ai passé la majorité de mon temps. Merci à Alaa HIJAZI pour son
aide lors du développement d’observateurs, ainsi qu’à Younes ZITOUNI pour son aide lors de
certaines réalisations.
Mes remerciements vont également aux membres de VALEO et de l'IFSTTAR qui m'ont
permis d’effectuer mes travaux de recherche dans d’excellentes conditions. Merci à Eduardo
REDONDO-IGLESIAS pour son aide précieuse lors des différents dysfonctionnements survenus sur
le matériel de test.
Je remercie mes collègues de bureau Alaa, Rémy, Elias, Oualid, Atef, Justine, Albert, Eduardo
ainsi que tous les doctorants des différents sites dont Seïma, Ronan, Maawad, Menad, Joris, Elie
pour leur bonne humeur et l'ambiance d'entraide qui règne entre doctorants.
Je remercie les membres de ma famille et mes amis qui ont dû me supporter durant toutes ces
années et qui ont su m'encourager.
J'adresse enfin mes plus grands remerciements à mon frère et à mes parents sans qui je n'aurais
pas pu entreprendre ces travaux de thèse. Merci pour votre soutien et votre aide inconditionnels.

TITRE
Développement d'un système de gestion de batterie lithium-ion à destination de véhicules
"mild hybrid" - Détermination des indicateurs d'état (SoC, SoH et SoF)
RÉSUMÉ
Les véhicules hybrides se démocratisent avec une utilisation croissante des éléments de
stockage à base de lithium-ion. Dans ce contexte d'exploitation, le type d'usage est atypique et
dépend fortement des stratégies de répartition des énergies au sein du véhicule. Parmi les
hybridations, la catégorie "mild hybrid" conserve la motorisation thermique pour l'autonomie
qu'elle apporte, et lui adjoint une machine électrique associée à un élément de stockage
réversible, afin de permettre une récupération de l'énergie cinétique du véhicule.
L'objet de ces travaux porte sur la mise en place d'algorithmes destinés à la détermination des
états de charge (SoC), de santé (SoH) et de fonction (SoF) de chacune des cellules qui compose
un pack batterie lithium-ion. Ces fonctionnalités sont implantées dans un système de gestion
dénommé BMS pour Battery Management System. Dans un souci de réduction des coûts de
production, nos travaux s'attachent à limiter la puissance de calcul et les moyens de mesure
nécessaires à la détermination de ces états.
À partir de mesures effectuées lors d'une utilisation de la batterie dans une application
"mild hybrid", les méthodes développées permettent la détermination des états, ainsi que d'une
partie des paramètres internes aux cellules. Cette utilisation est caractérisée par de forts courants
et un maintien de l'état de charge autour de 50 %, ceci afin de maximiser la disponibilité de la
batterie et d'en minimiser le vieillissement. L'utilisation d'observateurs et de méthodes en boucle
ouverte, à partir d'une modélisation simplifiée de cellule, nous permet d'obtenir des résultats
satisfaisants avec une puissance de calcul réduite.
MOTS-CLÉS
Véhicule "mild hybrid", Battery Management System, Batterie lithium-ion, State of Charge,
State of Health, State of Function, Observateur de Luenberger, Filtre de Kalman, Moyenne
mobile exponentielle
ENTREPRISE
Valeo – EEM
2 rue André Boulle
94017 Créteil Cedex, France
LABORATOIRES
Laboratoire Ampère, UMR CNRS 5005
Bat. Omega, 43 bd du 11 Novembre 1918
69622 Villeurbanne Cedex, France
IFSTTAR – LTE
25 av François Mitterrand, Case24
69675 Bron Cedex, France