De nos jours, les batteries lithium-ion sont les plus utilisées pour alimenter les appareils électroniques et les véhicules électriques. Les accumulateurs électrochimiques basés sur le lithium ont une meilleure densité d'énergie et une plus grande fiabilité que toutes les autres méthodes d'accumulation d'énergie. Les batteries au lithium utilisées dans les applications de haute puissance et énergie sont généralement constitué d'un grand nombre de cellules, ce qui amène de nouveaux défis. Une méthodologie de dimensionnement facile et rapide a été identifiée comme un besoin à combler dans l'état de l'art. Ce travail vise à développer un tel outil permettant d'identifier rapidement les arrangements séries-parallèle respectant les objectifs de conception que sont le volume, le poids, l'énergie, le coût et la durée de vie, pour définir un espace de recherche. Ceci a pour but d'accélérer le processus de conception et assurant une meilleure prise de décision dès le début d'un projet. Une des nouveautés de ce travail est l'introduction de la représentation des performances système en cartes iso-performance, permettant une évaluation rapide et intuitive des tendances et de l'impact des compromis d'ingénierie. Le modèle sur lequel la méthodologie s'appuie assume le comportement statique en régime permanent pour estimer la puissance, le courant et la température d'opération et établir la durée de vie projetée d'un produit. En plus de la méthode de dimensionnement, un modèle transitoire électrothermique (MET) semi-empirique a été élaboré dans le formalisme de modélisation de la Représentation Énergétique Macroscopique (REM) sous MATLAB/Simulink\textregistered, contribuant à l'art de ce domaine. Celui-ci a été utilisé pour simuler le comportement du système d'accumulation d'énergie. Ce document vise à faire le pont entre tous les aspects principaux à considérer dans la conception d'une batterie, en présentant une nouvelle palette d'outils pouvant être utilisés par les ingénieurs de système. La flexibilité de l'application des outils à divers types de projets a été démontrée par l'application de la méthode à trois cas d'étude: une voiture urbaine électrique, un camion de livraison léger et un système stationnaire. / Abstract : Nowadays lithium-ion batteries have become the most popular technology to power portable electronic devices and battery powered electric vehicles. Lithium based electrochemical energy storage systems have far greater energy density and reliability than any other energy storage systems. Scaling up lithium-ion from small single cell batteries to large multi-cell systems comes with many new challenges. The need for a straightforward and easy-to-follow battery sizing methodology was identified as an area of improvement to the art. This work aims to provide such a tool to identify electrical arrangements that respect all design objectives, such as volume, mass, energy, cost and lifetime, to define a constraint bounded searchspace, speeding the process and ensuring a good decision right from the begining of a project. The novelty of this work is to present system level performances using iso-performance plots, allowing for quick and intuitive asssesment of design compromises and tendencies. The underlying model assumes steady-state operation of the system, to estimate temperature and lifetime prognosis. In addition to the battery sizing method, a transient semi-empirical electro-thermal battery model was constructed to run within MATLAB/Simulink® into the Energetic Macroscopic Representation (EMR) modeling formalism framework, bringing new art to the field. With it energy storage system performances were validated by simulation. This document aims to bridge the gap between most of the aspects of battery design, presenting a new set of tools to be used by system engineers. Three different design scenarios have been studied : an Urban electric car, a light duty delivery truck and a stationary system; to show how the tools can be used to any type of battery design project.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usherbrooke.ca/oai:savoirs.usherbrooke.ca:11143/11600 |
| Date | January 2017 |
| Creators | LeBel, Félix-Antoine |
| Contributors | Fernandes Trovao, Joao Pedro |
| Publisher | Université de Sherbrooke |
| Source Sets | Université de Sherbrooke |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Mémoire |
| Rights | © Félix-Antoine Lebel |
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