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PIRET Hélčne

Mesure embarquée large bande de l'impédance électrique – application aux batterie

 

Directeur de thèse :     Nadine MARTIN

Encadrant :     Pierre GRANJON

École doctorale : Electronique, electrotechnique, automatique, traitement du signal (EEATS)

Spécialité : Signal, image, parole, tĂ©lĂ©coms

Structure de rattachement : Autre

Établissement d'origine : UniversitĂ© de Caen

Financement(s) : contrat à durée déterminée

 

Date d'entrée en thèse : 14/10/2013

Date de soutenance : 17/11/2016

 

Composition du jury :
Mme, Corinne, Mailhes, Professeur ENSEEIHT, Rapporteur
M, Christophe, Forgez, Professeur des Universités, Université de Technologie de Compiègne, Rapporteur
M, Daniel, Hissel, Professeur des Universités, Université de Franche Comté, Examinateur
Mme, Nadine, Martin, Directeur de recherche CNRS, Gipsa-lab, Directeur de thèse
M, Pierre, Granjon, Maitre de conférences, Grenoble INP, Gipsa-lab, Co-encadrant
Mme, Viviane, Cattin, Ingénieur de recherche, CEA/Leti, Co-encadrant
M, Nicolas, Guillet, Docteur INES, Invité

 

Résumé : De plus en plus d'applications reposent sur l'utilisation des batteries, que cela soit dans le domaine des transports, du smart grid ou des objets connectĂ©s. Par consĂ©quent, l'Ă©tude des batteries est devenue une problĂ©matique majeure. Une batterie est un système Ă©lectrochimique complexe qui dĂ©pend de nombreux paramètres et dont les performances dĂ©clinent avec le temps. Ainsi le dĂ©veloppement d'un système de gestion efficient de la batterie (battery management system BMS) pour Ă©viter les dĂ©gradations, Ă©tendre la durĂ©e de vie et optimiser son utilisation est une prioritĂ©. Un moyen d'obtenir une reprĂ©sentation intĂ©ressante de l'Ă©tat prĂ©sent de la batterie est d'estimer son impĂ©dance Ă©lectrochimique. Cette thèse dĂ©veloppe des techniques d'identification temps-frĂ©quence de cette impĂ©dance, qui peuvent facilement ĂŞtre embarquĂ©es dans un vĂ©hicule ou un autre appareil. La première mĂ©thode dĂ©veloppĂ©e permet non seulement une estimation prĂ©cise de l'impĂ©dance, mais aussi un suivi de son Ă©volution temporelle contrairement aux techniques classiques de spectroscopie d'impĂ©dance Ă©lectrochimique. Cette mĂ©thode basĂ©e sur la transformĂ©e de Fourier repose sur un moyennage local rĂ©cursif contrĂ´lĂ© par un seul paramètre. Celui-ci gouverne un compromis entre les performances de l'estimation et celles de la pour- suite. La capacitĂ© de cette mĂ©thode Ă  estimer l'impĂ©dance au cours du temps est d'abord dĂ©montrĂ©e sur un simulateur, puis sur une batterie Lithium ion, sur laquelle une Ă©tude de rĂ©pĂ©tabilitĂ© est rĂ©alisĂ©e, et enfin appliquĂ©e pour suivre l'Ă©volution de l'impĂ©dance de la batterie d'un drone en cours de vol. La seconde mĂ©thode basĂ©e sur la transformĂ©e en ondelettes est dĂ©veloppĂ©e afin de rĂ©pondre Ă  la problĂ©matique des phĂ©nomènes de longue dĂ©pendance telles que les rĂ©actions de diffusion limitĂ©e qui apparaissent dans les batteries. Des modèles de batteries reposant sur des circuits Ă©lectriques Ă©quivalents incluent souvent des Ă©lĂ©ments Ă  phase constante (constant phase element CPE) pour prendre en compte ces phĂ©nomènes. La mĂ©thode basĂ©e sur la transformĂ©e de Fourier est comparĂ©e Ă  celle basĂ©e sur le transformĂ©e en ondelettes sur un simulateur de CPE grâce Ă  une procĂ©dure de Monte Carlo. L'approche par les ondelettes avec son pavage temps-frĂ©quence irrĂ©gulier apparaĂ®t comme une mĂ©thode particulièrement adaptĂ©e Ă  ces phĂ©nomènes. A partir de l'impĂ©dance, quatre diffĂ©rents indicateurs de l'Ă©tat de la batterie sont ensuite dĂ©veloppĂ©s. L'estimation de l'Ă©tat de charge via un filtre de Kalman Ă©tendu dans le contexte de l'Ă©tude de la batterie du drone pendant un vol est d'abord effectuĂ©e. Cette thèse s'intĂ©resse aussi Ă  l'estimation des paramètres du CPE liĂ©s aux phĂ©nomènes de longue dĂ©pendance. Un estimateur de la puissance maximale disponible gĂ©nĂ©ralement utilisĂ©e dans le secteur des transports est Ă©laborĂ© Ă  partir de la rĂ©ponse impulsionnelle de la batterie. Afin de prĂ©venir du risque d'emballement thermique l'estimation de l'impĂ©dance est utilisĂ©e pour connaĂ®tre l'Ă©tat thermique de la batterie en estimant sa tempĂ©rature interne.


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