effets du vieillissement de la batterie li

UNIVERSITÉ DE SHERBROOKE
Faculté de génie
Département de génie électrique et de génie informatique
EFFETS DU VIEILLISSEMENT DE LA
BATTERIE LI-ION SUR LES PERFORMANCES
D’UN VÉHICULE RÉCRÉATIF HYBRIDE
BRANCHABLE À TROIS ROUES
Mémoire de maîtrise
Spécialité : génie électrique
Jonathan NADEAU
Jury : Maxime R. DUBOIS (directeur)
Philippe MABILLEAU
Christian GAGNÉ
Sherbrooke (Québec) Canada Juillet 2013

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RÉSUMÉ
La prédiction de l’évolution du vieillissement de la batterie lithium-ion est source d’un grand
défi, dans les applications liées aux véhicules électriques et hybrides. Sa méconnaissance est
un risque considérable compromettant la viabilité d’un tel système. Invoquant les coûts
substantiels de la densité d’énergie, liée à la dégradation considérable des performances de la
batterie au cours de sa durée de vie, il devient important d’en tenir compte dès le processus de
conception. La dépendance de la stratégie de contrôle du véhicule aux paramètres de la
batterie justifie aussi la nécessité d’une telle prédiction. Il est connu que le vieillissement,
sensible aux facteurs tels que le courant, la température et la profondeur de décharge, a un
impact considérable sur la perte de capacité de la batterie ainsi que sur l’augmentation de la
résistance interne. Le premier est directement lié à l’autonomie électrique du véhicule, alors
que le second mène à une surchauffe de la batterie, à une augmentation des pertes en
puissance qui se manifeste par une diminution de la tension de bus. À cet égard, impliqué dans
la conception d’un véhicule récréatif hybride branchable à trois roues, le Centre de
Technologies Avancées s’intéresse à l’étude du vieillissement de la batterie Li-ion pour une
telle application. Pour ce faire, au contraire de la plupart des estimations empiriques de la
durée de vie, basées sur des profils de décharge à courant constant, un profil de courant plus
approprié pour l’application donnée, basé sur un cycle de vitesse représentatif de la conduite
d’une motocyclette, a été utilisé. Par le biais d’un simulateur complet du véhicule, le cycle de
courant a été extrait du cycle de vitesse. Ainsi, les travaux menés impliquent l’analyse
expérimentale de la décharge cyclique de quatre cellules LiFePO
4
. Pendant plus de 1400
cycles, un banc d’essai complet a permis l’acquisition de la capacité, de la résistance interne,
du courant, de la tension ainsi que de la température de surface.
Mots-clés : vieillissement, batterie, lithium-ion, LiFePO
4
, capacité, résistance interne, PHEV,
véhicule

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REMERCIEMENTS
Je remercie d’abord M. Alain Desrochers, directeur des affaires universitaires, M. Pascal
Ranger, directeur général ainsi que M. Patrick Quiron, chef de projet. Je les remercie pour leur
confiance et leur soutien, en plus de m’avoir donné l’opportunité de réaliser une maîtrise-
recherche au Centre de technologies avancées.
Je remercie aussi particulièrement mon directeur de recherche, M. Maxime R. Dubois, pour
son encadrement, son support et ses recommandations. Son aide m’a été très précieuse et il
m’a permis de bien mener la réalisation cet ouvrage.
Je remercie enfin en toute amitié mes collègues pour leur support et leur aide : M. Nicolas
Denis, M. Karol Philippe Angarita, M. Maxime Boisvert, M. Renaud Dubé, M. Ghislain
Robert et M. Jasmin Rouleau.