Annexe A

UNIVERSITE LIBANAISE
FACULTE DE GENIE
BRANCHE 1
No d'ordre 54/1446/G1-EE/2013
PROJET DE FIN D’ÉTUDES
Réalisé par
Marie SAYEGH
Pour obtenir le
Diplôme Ingénieur en Électricité et Électronique
Option Informatique Industrielle & Contrôle
Implantation sur calculateur temps réel d’un
observateur d’état de charge d’un pack de
batterie Lithium ion
Dirigé par :
Mr. Christophe FORGEZ
Mme. Khadija AL KADRI BENKARA
Soutenu devant le Jury :
Dr. Amer FAYDALLAH
Dr. Nazih MOUBAYED
Dr. Khaled MOUCHREF
Session Juillet 2013

Remerciements
Mes remerciements les plus sincères à toutes les personnes qui auront contribué de près
ou de loin à l'élaboration de ce stage.
Je voudrais tout d'abord adresser toute ma gratitude au directeur du Laboratoire
d’Electromécanique de Compiègne Mr. Guy FRIEDRICH de m’avoir donné l’opportunité
d’effectuer mon stage au sein du laboratoire.
Je tiens à remercier également mon encadrant de stage Mr. Christophe FORGEZ de
m’avoir transmis toutes les connaissances scientifiques nécessaires pour bien accomplir
mon travail, ainsi d’être toujours disponible à me guider.
Mes remerciements vont également à Mme Khadija EL KADRI BENKARA pour son aide
dans la réalisation expérimentale des essais, de même pour son amitié, ses encouragements
et conseils tout au long du stage.
Je tiens à remercier aussi les professeurs et le Département Electricité-Electronique de la
Faculté de Génie-Branche 1 de l’Université Libanaise pour leur suivi et support durant ce
stage.
Je voudrais exprimer ma reconnaissance envers les amis et collègues qui m’ont apporté
leur support moral et intellectuel tout au long de ma démarche. Un grand merci également à
tous mes amis libanais en France et surtout en Compiègne qui ont rendu mon séjour
agréable.
Enfin, je tiens à témoigner toute ma gratitude à ma famille pour leur support
inestimable.

Laboratoire de stage
L’université de technologie de Compiègne (UTC) est un établissement public
d’enseignement supérieur et de recherche situé à Compiègne dans la région Picardie en
France. L'UTC est un EPSCP (Établissement public à caractère scientifique, culturel et
professionnel) et constitue un modèle original dans l'enseignement supérieur français car
elle combine dans ses statuts les atouts d'une université publique avec ceux d'une grande
école d'ingénieurs.
Le Laboratoire d'Electromécanique de Compiègne (LEC) a été créé en 1973 par Michel
KANT, avec l'objectif "d'appliquer les acquis scientifiques et technologiques à la conception
de dispositifs électromécaniques nouveaux".
De nos jours, le LEC est centré sur un axe de recherche unique : "Actionneurs électriques
et système de motricité à énergie embarquée".
L’objectif est de renforcer la position du LEC, comme pôle de compétence dans le
domaine de la conception globale des actionneurs à pilotage électronique. Ce domaine
nécessite de maîtriser des aspects aussi variés que la modélisation des phénomènes
électromagnétiques, l’électronique de puissance, la commande, mais aussi les contraintes
liées à la thermique et à l’acoustique.
Dans cette optique, les activités ont été déployées sous deux thématiques
complémentaires, intitulées respectivement :
 Conception, modélisation des machines électriques et de leur commande
Cette thématique a pour objectif la modélisation et l’optimisation d’actionneurs
électriques présentant un caractère novateur tant au niveau de la structure (machine,
électronique de puissance et commande), que des conditions d’utilisation de structures plus
classiques.
 Alimentation des systèmes embarqués
La recherche constante d’une augmentation d’autonomie des systèmes à énergie
embarquée impose un dimensionnement et un contrôle optimal des actionneurs ainsi que
leur système d’alimentation. Un accent particulier est donné à l’étude de stratégies de
modulations optimales, à la modélisation et à la surveillance des sources électrochimiques
(batteries) de puissance.
La volonté du LEC est d’allier une recherche universitaire de qualité à une forte volonté
de recherches partenariales. Les thèmes de recherche développés conduisent actuellement
à un domaine d’application privilégié centré sur le "véhicule propre et économe". Le LEC a
en outre été sélectionné à prendre part à cinq projets nationaux dans le cadre d’appels
d’offres de l’agence nationale de la recherche (ANR) et du fond de compétitivité des
entreprises (FCE). Ses actions de recherche s’intègrent dans les politiques de recherche de la
Région Picardie et des pôles de compétitivité "Mobilité et transports avancés (MTA)" et
MOVEO.

Résumé
Le sujet de ce stage portait sur l’ « Implantation sur calculateur temps réel d’un
observateur d’état de charge d’un pack de batterie Lithium ion. »
La première partie de mon stage était consacrée à l’étude bibliographique qui a duré
deux semaines, comprenant différents articles et thèses surtout celles publiées par mon
laboratoire et qui étaient à la base de mon travail de stage. Cette étude portait sur les
généralités des batteries Lithium-ion, leur conception, et principalement les phénomènes
engendrés au sein de ces batteries qui ont introduit le modèle du schéma électrique
équivalent à la batterie.
Les paramètres du schéma électrique équivalent ont été générés à partir d’un code
automatique d’optimisation écrit sous Matlab. L’identification de ces paramètres a été faite
à la base de tables de données de tension et de courant relevées expérimentalement.
Le modèle électrique obtenu a été ensuite vérifié sous SIMULINK, la tension de la
batterie est reconstruite à partir des différents composants de ce modèle, qui sont fonction
des paramètres trouvés.
Suite à la vérification du modèle, la validation expérimentale correspondante a été
effectuée en l’implantant sur DSPACE et en faisant un essai direct sur le pack formé de dix
batteries Lithium-ion. L’état de charge estimé a été initialisé dans le modèle égale à celui
réel des batteries. Une comparaison faite sur le banc d’essai entre les tensions estimées du
modèle et mesurées aux bornes des cellules, a montré des résultats satisfaisantes.
L’estimateur réalisé a été transformé en observateur en introduisant l’algorithme de
filtre de Kalman, qui corrige l’état de charge estimé surtout lorsque ce dernier est initialisé
dans le modèle à une valeur différente de celle de l’état de charge réel de la batterie.
La vérification et la validation expérimentale de l’observateur ont été faites à nouveau de
la même manière citée ci-dessus, mais en initialisant cette fois l’état de charge estimé à une
valeur différente de celui réel.

1
Table de matière
INTRODUCTION GENERALE 3
CHAPITRE I : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I. INTRODUCTION..................................................................................................... 4
II. MODELISATION DE LA BATTERIE ............................................................................ 4
III. DETERMINATION DE L’ETAT DE CHARGE ................................................................ 6
IV. CONCLUSION ...................................................................................................... 10
CHAPITRE II : IDENTIFICATION DES PARAMETRES DU MODELE ELECTRIQUE
I. INTRODUCTION................................................................................................... 11
II. DONNEES : TABLES DES RELEVES EXPERIMENTAUX ............................................... 12
III. IDENTIFICATION DE LA TENSION EN CIRCUIT OUVERT (OCV) ................................. 13
IV. IDENTIFICATION DE RΩ ........................................................................................ 17
V. IDENTIFICATION DE K1 ET K2 ................................................................................ 19
VI. CONCLUSION ...................................................................................................... 20
CHAPITRE III : VALIDATION DU MODELE ELECTRIQUE SOUS SIMULINK
I. INTRODUCTION................................................................................................... 21
II. INITIALISER LES DONNEES .................................................................................... 21
III. MODELE SIMULINK EN CAS DE CHARGE OU DE DECHARGE ................................... 21
IV. MODELE SIMULINK EN CAS DE DECHARGE SUIVI D’UNE CHARGE .......................... 25
V. CONCLUSION ...................................................................................................... 27
CHAPITRE IV : VALIDATION EXPERIMENTALE DU MODELE SIMULINK
I. INTRODUCTION................................................................................................... 29
II. MODELE SIMULINK EXPERIMENTAL ..................................................................... 29
III. INTERFACE SUR CONTROL DESK ........................................................................... 29
IV. SCHEMA DE PUISSANCE....................................................................................... 31
V. DEROULEMENT DE L’EXPERIENCE ET RESULTATS .................................................. 34
VI. CONCLUSION ...................................................................................................... 34
CHAPITRE V : OBSERVATEUR PAR FILTRE DE KALMAN
I. INTRODUCTION................................................................................................... 36