Soutenance de thèse de Pedro VON HOHENDORFF SEGER

Jury :

• Rapporteur: Jean-Michel Vinassa, Prof. Bordeaux INP
• Rapporteur: Robin Roche, MCF UTBM
• Examinateur: Pascal Venet, Prof. Université de Lyon
• Examinateur: Marie-Laure Espinouse, Prof. Université Grenoble Alpes
• Directrice de thèse: Delphine Riu, Prof. Grenoble INP
• Co-directeur de thèse: Pierre-Xavier Thivel, MCF Université Grenoble Alpes
• Invitée: Camille Birou, Ing. SNAM

Résumé :
Actuellement, le marché du véhicule électrique se développe très rapidement en France et en Europe et la notion de circularité des ressources doit être traitée en urgence. Les batteries Li-ion utilisées dans ces véhicules sont de haute technologie et de grande valeur, avec un coût de production et des émissions importantes. Ces batteries étant souvent remplacées lorsqu’elles atteignent environ 80% de leur capacité initiale, prolonger leur durée de vie est un moyen de mieux rentabiliser ce coût initial et ces émissions.
Cette thèse est dédiée à l’étude des applications dites de seconde vie pour les batteries Li-ion. Les principaux verrous scientifiques identifiés et traités dans ce travail sont liés aux limites des modèles existants – notamment au niveau des incertitudes, qui deviennent plus importantes avec le vieillissement – et d’une stratégie de dimensionnement et de gestion pour mieux intégrer ces batteries de seconde vie dans des applications réelles.
Deux modèles sont proposés dans ce travail pour bien caractériser ces batteries. D’abord, nous paramétrons un modèle de réponse en tension d’une cellule, permettant d’évaluer l’évolution de paramètres tels que la résistance interne avec le vieillissement. Nous étudions également le passage du modèle "cellule" à un modèle "pack" et la propagation d’incertitudes qui s’ensuit. Ensuite, nous proposons un modèle de vieillissement en cyclage pour ces batteries, à nouveau avec des incertitudes et une étude de leur propagation. À ce modèle nous associons un algorithme de comptage de cycles, constituant un outil capable d’estimer le vieillissement en seconde vie selon les conditions d’utilisation réelles. Nous utilisons cet outil pour optimiser le dimensionnement et la gestion d’un microréseau intégrant une batterie stationnaire de seconde vie, tout en évaluant l’impact sur la durée de vie de cette dernière. Ces travaux donnent les clés méthodologiques pour intégrer des batteries de seconde vie dans de nouvelles applications.
 
Abstract :
Currently, the electric vehicle market is developing very rapidly in France and Europe and the notion of resource circularity must be addressed urgently. The Li-ion batteries used in these vehicles are high-tech and high-value, with high production costs and emissions. As these batteries are often replaced when they reach about 80% of their initial capacity, extending their life is a way to get a better return on this initial cost and emissions.
This thesis is dedicated to the study of so-called second life applications for Li-ion batteries. The main scientific issues identified and addressed in this work are related to the limitations of existing models - especially in terms of uncertainties, which become more important with aging - and a sizing and management strategy to better integrate these second life batteries in real applications.
Two models are proposed in this work to properly characterize these batteries. First, we parameterize a cell voltage response model, allowing to evaluate the evolution of parameters such as internal resistance with aging. We also study the transition from a "cell" model to a "pack" model and the ensuing propagation of uncertainties. Then, we propose a cycling aging model for these batteries, again with uncertainties and a study of their propagation. To this model we associate a cycle counting algorithm, constituting a tool capable of estimating the aging in second life according to the real conditions of use. We use this tool to optimize the sizing and management of a microgrid integrating a stationary second-life battery, while evaluating the impact on its lifetime. This work provides the methodological framework to integrate second life batteries in new applications.