thèse - Université Bordeaux 1

Université Bordeaux 1
Les Sciences et les Technologies au service de l’Homme et de l’environnement
N° d’ordre : 4992
THÈSE
PRÉSENTÉE A
L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1
ÉCOLE DOCTORALE DES SCIENCES PHYSIQUES ET DE L’INGÉNIEUR
Par Akram EDDAHECH
POUR OBTENIR LE GRADE DE
DOCTEUR
SPÉCIALITÉ : Electronique
MODELISATION DU VIEILLISSEMENT ET
DETERMINATION DE L’ETAT DE SANTE DE BATTERIES
LITHIUM-ION POUR APPLICATION VEHICULE
ELECTRIQUE ET HYBRIDE
Directeur de thèse : Jean-Michel VINASSA
Soutenue le : 12 décembre 2013
Après avis de :
M. Gérard COQUERY Directeur de Recherche, IFSTTAR Versailles
M. Pascal VENET Professeur, Université Lyon 1, AMPERE
Devant la commission d’examen formée de :
M. Xavier ROBOAM Directeur de Recherche CNRS, LAPLACE Toulouse
M. Bernard SAHUT Expert batterie, PSA Peugeot Citroën
M. Olivier BRIAT Maître de conférences, Université Bordeaux 1
M. Jean-Michel VINASSA Professeur, Institut Polytechnique de Bordeaux

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Remerciements
Je suis très honoré que Monsieur Gérard COQUERY, Directeur de Recherche à l’IFSTTAR-
Satory, co-responsable du LTN et Monsieur Pascal VENET, Professeur à l’Université de
Lyon 1, responsable du groupe fiabilité, diagnostic, supervision à AMPERE-Lyon, aient
accepté d'être rapporteurs de ma thèse. Je les remercie chaleureusement pour l'intérêt qu'ils
ont porté à mon travail et pour les remarques constructives sur la poursuite de mes travaux.
Je remercie vivement Monsieur Xavier ROBOAM, Directeur de Recherche CNRS,
responsable du groupe Genesys au LAPLACE Toulouse et Monsieur Bernard SAHUT,
responsable de l’équipe stockage d’énergie, expert batterie, chez PSA Peugeot Citroën, pour
avoir accepté de participer à ce jury.
Je tiens particulièrement à remercier Monsieur Jean-Michel VINASSA, Professeur à l'Institut
Polytechnique de Bordeaux et responsable de l’équipe puissance du groupe fiabilité au
laboratoire IMS Bordeaux, pour m'avoir donné des conditions très favorables au
développement et à la valorisation de mes travaux de recherches au sein de son équipe, pour
ses qualités humaines et pour ses nombreux encouragements et conseils.
Je tiens à remercier également Monsieur Olivier BRIAT, Maître de Conférences à
l’Université Bordeaux 1, pour son soutien, sa motivation et sa forte implication dans la
direction de ces travaux de thèse.
Je remercie très chaleureusement tous les partenaires du projet SIMCAL : les comités
techniques ont représenté pour moi des moments d’échanges très fructueux et très agréables.
Mes remerciements seraient incomplets si je ne mentionnais pas l'ensemble des membres du
laboratoire IMS, en particulier les membres de l’équipe puissance pour leur aide: Jean-Yves,
Hervé, Stéphane, Nicolas, Ramzi, Mohamed et Fédia.
Mes remerciements vont également à mes amis et collègues doctorants pour leur convivialité
au quotidien : Issam, Kamel, Wissam, Massar, George, Sahbi, Moez, Hassen, Riadh, Medi,
Wijden et Alâ.
Un grand merci à tous mes professeurs de l’école, du collège, du lycée, de la classe
préparatoire et de l’école d’ingénieur ENIS, parmi lesquels Mme Emna GHANOUCHI, M.
Khlifa TOUMI, M. Youssef SOUAIH, M. Hcine BAATI et M. Mohamed CHTOUROU.
Enfin j’adresse mes remerciements les plus affectueux à mes parents, ma chère mère Zohra
qui a consacré toute sa vie à mon éducation et celle de mes trois chers frères Saâdi, Salem et
Aymen, mon cher père Bachir, pour ses efforts et ses conseils.

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Je dédie également cette thèse à ma femme Rihab, qui a toujours été présente pour
m’encourager tout au long de ces années de thèse sans oublier, mes oncles Mohamed et
Kraiem, ma belle famille ainsi que mes amis Naoufel, Khadimo, Lassaâd, Afif, Fadhel et
Lazhar qui m’ont beaucoup soutenu.
Pour terminer, je réserve une pensée toute particulière à la mémoire de ma grand-mère
Dhawia et ma tante Fafani.
A ma fille Elâ que j’embrasse très fort.

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Sommaire
Introduction générale .................................................................................................................. 5
Chapitre 1 Batteries lithium-ion pour applications automobile ............................................. 7
1.1. Introduction ................................................................................................................. 9
1.2. Les accumulateurs électrochimiques ou batteries ....................................................... 9
1.2.1. Principe de fonctionnement .................................................................................. 9
1.2.2. Les différents types d’accumulateurs ................................................................. 10
1.3. Les batteries lithium .................................................................................................. 11
1.3.1. Technologie lithium-ion ..................................................................................... 12
1.3.2. Évolution de la technologie et chimies du lithium-ion....................................... 13
1.3.3. Les futures batteries lithium ............................................................................... 14
1.4. Assemblage des packs batteries ................................................................................. 15
1.4.1. Format de la cellule: cylindrique, prismatique, poche ....................................... 15
1.4.2. Assemblage de la batterie en module, en pack ................................................... 16
1.4.3. Système de gestion batterie ................................................................................ 17
1.4.4. Batteries de type énergie, de type puissance ...................................................... 20
1.4.5. Applications automobiles des batteries lithium-ion ........................................... 21
1.5. Grandeurs caractéristiques des batteries .................................................................... 23
1.5.1. Régime de décharge ........................................................................................... 23
1.5.2. Capacité .............................................................................................................. 23
1.5.3. Résistance interne ............................................................................................... 24
1.5.4. Tension en circuit ouvert .................................................................................... 24
1.5.5. Etat de charge ..................................................................................................... 24
1.5.6. Etat de santé ....................................................................................................... 24
1.6. Vieillissement des batteries lithium-ion .................................................................... 25
1.6.1. Modes de vieillissement des batteries lithium-ion ............................................. 25
1.6.2. Mécanismes de dégradation ............................................................................... 25
1.7. Conclusion ................................................................................................................. 30