Mieux connaître l’état des batteries pour augmenter leur durée de vie : estimation en ligne de l’état de modèles électriques équivalents avancés

  • Posted on: 26 November 2020
  • By: Postoyan
  • Updated on: 26 November 2020
Type recrutement: 
Stage
Section: 
61 (Génie informatique, automatique et traitement du signal)
63 (Génie électrique, électronique, photonique et systèmes)
Entité et lieu: 
Stage SAFT au CRAN
Urgent ?: 
oui
Détails: 

Encadrants

Romain Postoyan (CRAN, CNRS, Nancy) :  romain.postoyan@univ-lorraine.fr

Stéphane Raël (Université de Lorraine, Nancy) : stephane.rael@univ-lorraine.fr

Sébastien Benjamin (SAFT, Bordeaux) : sebastien.benjamin@saftbatteries.com

Lieu

Ce stage SAFT se déroulera au CRAN (Centre de Recherche en Automatique de Nancy), UMR CNRS 7039 : 2 avenue de la forêt de Haye, 54516 Vandœuvre-lès-Nancy

Durée 

5 à 6 mois, avec un début entre le 1er février et le 31 mars 2021

Financement

60% du SMIC soit 924€/mois brut

Mots-clefs

Automatique, observateurs, estimation, stabilité au sens de Lyapunov, batteries, Matlab-Simulink

Contexte

La demande économique mondiale en accumulateurs électrochimiques est de plus en plus importante de nos jours. Cet essor est principalement dû à l’émergence des véhicules hybrides et électriques (Hybrid-Electric Vehicle, Plug-in Hybrid Electric Vehicle et Battery-Electric Vehicle) d’une part, et au marché de stockage de l’énergie en lien avec les énergies renouvelables et la gestion des réseaux électriques d’autre part.

SAFT est particulièrement présent dans ce contexte en tant que précurseur du déploiement de batteries lithium. SAFT produit entre autres, des batteries lithium-ion à Poitiers, Nersac et Bordeaux. Ce stage SAFT se déroulera au sein du CRAN à Vandœuvre-lès-Nancy.

Description du sujet

Les batteries lithium-ion offrent de nombreux avantages en termes de capacité volumique et de poids. Elles permettent également d’éviter le fameux effet mémoire cher à nos premiers téléphones portables. En contrepartie, ce type de batteries nécessite un système de gestion pour des raisons de sécurité, mais également pour prévenir leur vieillissement prématuré.

Une meilleure gestion des batteries lithium-ion passera nécessairement par une meilleure connaissance des états internes, en particulier de l’état de charge. Dans ce contexte, une approche consiste à estimer cet état de charge en exploitant un modèle mathématique des dynamiques mises en jeu à l’aide d’un observateur.

Les estimateurs d’état de charge disponibles dans la littérature reposent la plupart du temps sur une modélisation du premier ordre du comportement électrique de la batterie, modélisation souvent trop approximative qui peut s’avérer limitante. L’objectif de ce projet est de contribuer à l’amélioration des estimateurs existants, en leur associant des modèles électriques équivalents d’ordre plus élevé, typiquement trois, voire plus si le modèle décrit la dynamique de chacune des électrodes de la batterie. Nous aurons ainsi à disposition des estimateurs plus précis et donc plus aptes à mieux gérer les batteries lithium-ion à terme.

Plan de l’étude

Le projet se déroulera selon les étapes suivantes :

  • Revue bibliographique des modèles de batteries lithium-ion par circuits équivalents électriques.
  • Développement d’un modèle à ordre multiple et d’une représentation d’état associée.
  • Etude d’observabilité et synthèse d’un observateur d’état de charge.
  • Implémentation des observateurs obtenus sous Matlab-Simulink.

Références bibliographiques

[Blondel et al., 2019] Blondel, P., Postoyan, R., Raël, S., Benjamin, S., & Desprez, P. Nonlinear Circle-Criterion Observer Design for an Electrochemical Battery Model. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 27 (2), 889-897, 2019.

[Dreef et al., 2018] Dreef, H. J., Beelen, H. P. G. J., & Donkers, M. C. F. (2018, December). LMI-Based Robust Observer Design for Battery State-of-Charge Estimation. In 2018 IEEE Conference on Decision and Control (CDC) (pp. 5716-5721). IEEE

[Zheng et al., 2018] Y. Zheng, M. Ouyang, X. Han, L. Lu, J. Li. Investigating the error sources of the online state of charge estimation methods for lithium-ion batteries in electric vehicles. Journal of Power Sources, 377, 161-188, 2018.

Profil recherché

Il s’agit d’un stage de fin d’études de Master ou d’école d’ingénieurs pour un(e) étudiant(e) en automatique ou en génie électrique. Compétences en Matlab souhaitées et bonne maîtrise de l’anglais attendue.

Ne pas hésiter à contacter Romain Postoyan (romain.postoyan@univ-lorraine.fr), Stéphane Raël (stephane.rael@univ-lorraine.fr) ou Sébastien Benjamin (sebastien.benjamin@saftbatteries.com) pour plus d’informations.