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.
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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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