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Chercheur Doctorant (H/F) «Charge rapide intelligente de batterie Lithium-ion»

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Informations générales

Référence : UMR5279-YANBUL-002
Lieu de travail : ST MARTIN D HERES
Date de publication : jeudi 26 septembre 2019
Nom du responsable scientifique : Yann Bultel, Jean-Claude Lepretre et Pierre-Xavier Thivel
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 janvier 2020
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

De nombreux véhicules électriques sont maintenant disponibles sur le marché et la demande de ces véhicules continue d'augmenter. Le parc de véhicules électriques immatriculés en France est passé de 4 300 en 2011 à 31 000 en 2017. Le processus de recharge peut prendre beaucoup de temps et dépend de la technologie des batteries. La charge rapide de la batterie Li-ion est cruciale pour l'utilisation des appareils électroniques et le transport. Cependant, les batteries Li-ion présentent encore de graves inconvénients, en particulier pour les protocoles de charge rapide. De nombreux problèmes peuvent être liés, d'une part, aux phénomènes de surface se produisant sur les électrodes positives et négatives, et, d'autre part, aux modifications structurelles (dilatation-contraction, désordre cristallin). Autrement dit, des dégradations internes des matériaux actifs et électrolyte peuvent apparaître et réduire la durée de vie de la batterie. Durant le processus de charge rapide, l'élévation de la température est inévitable et peut induire des problèmes de sécurité. Ainsi, des protocoles de charge rapide fiables doivent être développés et améliorés pour charger correctement la batterie jusqu'à un certain état de charge (généralement 80%) et garantir un état de santé compatible avec l'application. Dans ce travail, la méthode de charge pourrait être mise en œuvre sur différents types d'éléments de batterie. En ce qui concerne les méthodes de charge rapide, la performance et la durabilité des batteries seront des points clés.
Le Doctorant fera partie de l'équipe EIP chargée de développer et de gérer la charge rapide des batteries Li-ion au sein du laboratoire LEPMI. Il / elle travaillera sous la supervision du Pr. Y. Bultel, Dr. P-X. Thivel et Pr. J-C. Lepretre dans le cadre du projet IBIS visant à développer des batteries Li-ion innovantes pour véhicules électriques.

Contexte de travail

Le doctorant sera chargé :
- de développer et d'optimiser le protocole de charge rapide d'une batterie lithium-ion en utilisant la méthode de charge par impulsions. Ces nouveaux protocoles doivent permettre une charge entre 0 et 100% de SOC entre 60 et 30 minutes tout en maintenant la température au-dessous de la limite de sécurité. Comparés au protocole CC-CV (Constant Current-Constant Voltage) dans les mêmes conditions, ces protocoles permettent d'assurer une meilleure durée de vie des cellules ainsi qu'une sécurité accrue lors des charges rapides.
- de réaliser l'implémentation de ces protocoles sur les bancs de test du laboratoire.
- d'étudier l'impact de ces protocoles sur l'état de santé de la batteries. Le vieillissement sera observé par des mesures électriques, électrochimiques, tomographique au cours des essais et par des analyses physicochimiques post-mortem. Les analyses par tomographie nous permettront de visualiser l'évolution des contraintes mécaniques internes. Les analyses post-mortem permettront de caractériser l'évolution des matériaux d'électrode, de l'électrolyte, du séparateur induit par le protocole de charge rapide aidant à identifier l'impact des différents protocoles de charge sur les performances de la batterie.
- De développer des indicateurs SOC et SOH. L'évolution de la signature tension/courant/température au cours des tests de vieillissement sera notamment étudiée. Le principe serait d'analyser l'évolution de ces grandeurs au cours de la vie de la batterie pour en déduire son état de charge et de santé. Il s'agira, par exemple, de définir un modèle permettant de simuler la dynamique (évolution temporelle de la tension, du courant et de la température) de la batterie et, par comparaison à des mesures constatées, de calculer l'état de charge et de santé de la batterie.

Informations complémentaires

Le doctorant travaillera avec le banc d'essai disponible au laboratoire LEPMI et sur des technologies de batteries en accord avec les partenaires industriels.
Des connaissances sur les batteries Li-ion et en programmation (par exemple, Delphi, C # ou LabVIEW) pour intégrer le protocole de charge rapide au système de banc de test seront appréciées.

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