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Etude et évaluation des performances des systèmes de gestion de batteries lithium- ion

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par Zied Jelassi
Ecole Superieure de Communication de Tunis SUPCOM - Ingénieur télécom 2009
  

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Chapitre 2: Modélisation des batteries

Lithium Ion

Projet fin d'étude Page Zied Jelassi

2.1. Introduction

Ces dernières années, la préservation de l'environnement et le développement durable sont devenus deux thèmes majeurs de notre société. De plus, on voit apparaître une multiplication des applications qui fonctionnent avec batterie telles que les voitures électriques (EV), les voitures hybrides (HEV), les applications portables comme la téléphonie mobile et sans fil, les caméscopes, les produits audio portables, etc. Ce point va à l'encontre du développement durable et de la préservation de l'environnement, et la seule façon de faire converger ces deux points serait de minimiser la consommation d'énergie de ces appareils et de rendre les batteries plus efficaces énergétiquement.

Différentes technologies ont été étudiées pour mener à bien cette action, et de part leur densité énergétique élevée et leur durée de vie importante, les batteries Lithium-Ion semblent les plus adaptées. D'ailleurs, c'est la raison pour laquelle elles sont de plus en plus employées dans tout type d'application portable. Afin d'étudier et de simuler leurs comportements, il est nécessaire de développer des modèles tenant compte des caractéristiques technologiques.

La modélisation des batteries n'est pas nouvelle en soi, mais avec la tendance actuelle, elle est devenue primordiale pour le développement d'applications efficaces et plus écologiques. En particulier, elle permet d'analyser les phénomènes électrochimiques qui auront lieu au sein de la batterie et de prévoir son comportement. En fonction de la granularité du modèle, elle simule sa réponse tout en négligeant certains facteurs (variation de la température, C-rate...). Le modèle de batterie peut être :

· un modèle expérimental,

· un modèle électrochimique,

· ou un modèle basé sur un circuit électrique.

Pour mieux comprendre le comportement électrique et électrochimique de la batterie Lithium-Ion et pour présenter les travaux de modélisation de ce type de batterie, ce chapitre commencera par présenter sa composition chimique et métallique. Ensuite, on s'intéressera à l'étude de trois différents types de modèles, dont on fera une comparaison en termes de performances, notamment par rapport à sa capacité à reproduire les phénomènes réels.

Projet fin d'étude Page Zied Jelassi

2.2. La batterie Lithium-Ion

Commercialisée pour la première fois par Sony Energitech en 1991, la batterie lithium-ion occupe aujourd'hui une place prédominante sur le marché de l'électronique portable. Ses principaux avantages sont une densité d'énergie élevée (densité massique deux à cinq fois plus que le Ni-MH par exemple) ainsi que l'absence d'effet mémoire. Enfin, l'autodécharge est relativement faible par rapport à d'autres batteries. Cependant le coût reste important et cantonne le lithium aux systèmes de petite taille [26].

Ce type de batterie est entièrement solide, ce qui annule le risque d'explosion. En plus, elle ne présente pas de polluant majeur dans sa composition, sauf si l'oxyde de vanadium (V2O5) est utilisé. Son inconvénient principal est que le fonctionnement optimal est obtenu pour une température élevée.

Capeeinxrinale (rneh)

6000

4500

4000

5500

5000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

0

0 25 50 75 100 125 150 175

Gammes d'autres marques Masse ( g )

MP 144350

VL34480

Saft

MP 174865 / VL34570

MP 176065

Figure 2.1: Classification des batteries suivant leurs densités énergétiques2

La figure précédente représente une classification des batteries (Li-Ion ou non) disponibles sur le marché suivant leurs densités énergétiques.

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