Module 4 : Stockage d'Énergie Électrique

EBATE-FR-P

Pour qui ?

  • Cette formation vise à spécifier les besoins et la performance des systèmes de stockage d’énergie électrique tout en intégrant les spécificités du monde automobile.
Public :
  • Cette formation s’adresse aux ingénieurs et techniciens de conception ou d’essais, souhaitant spécifier, concevoir, développer, modéliser, simuler ou utiliser des systèmes de stockage d’énergie électrique dans le cadre de projets électriques et hybrides.

Niveau : Fondamentaux

Programme

  • INTRODUCTION AUX SYSTÈMES EMBARQUÉS DE STOCKAGE DE L’ÉNERGIE

      • Batterie électrochimique : principe de fonctionnement, caractéristiques et performances des différentes technologies (plomb-acide, cadmium-nickel, hydrogène-nickel, lithium-ion, lithium-polymère, …).
      • Notions d’électrochimie. Constitution d’une cellule et principe de fonctionnement.
      • Intégration dans le véhicule.
      • Limitations et évolution des performances des batteries.
      • Synthèse des principaux besoins et des paramètres de spécification fonctionnelle d’un pack batterie selon l’architecture de la chaîne motrice automobile (micro, mild, full hybrid, PHEV, BEV).
      • Spécificités puissance et énergie des cellules selon les usages.
  • TECHNOLOGIES BATTERIES LI-ION

      • Introduction.
      • Pourquoi le lithium ?
      • Histoire d’une invention.
      • Les accumulateurs lithium métal polymère.
      • Les accumulateurs lithium-ion.
      • Les accumulateurs lithium-ion.
      • Mécanismes et principe de fonctionnement.
      • Constitution.
      • Les matériaux d’électrode.
      • L’électrolyte.
      • Les séparateurs.
      • Évolutions – Vers une rupture technologique ?
      • Les accumulateurs au lithium en développement.
      • Les accumulateurs au lithium tout solide.
      • Les accumulateurs lithium-soufre.
      • Les accumulateurs lithium-air.
      • Fabrication, design et intégration des accumulateurs li-ion.
      • Formats et packaging.
      • La fabrication des cellules.
      • L’intégration en pack – Quelques exemples.
      • Vieillissement, sécurité et contrôle des accumulateurs li-ion.
      • Le vieillissement des accumulateurs lithium-ion.
      • La sécurité des accumulateurs lithium-ion.
      • Le management des batteries lithium-ion – BMS.
      • La caractérisation des accumulateurs li-ion.
      • Tests électriques et moyens d'essais.
      • Les mesures post-mortem.
      • L'étude du vieillissement.
      • Les tests abusifs.
      • Marché, ressources, recyclage et seconde vie.
      • Le marché des batteries lithium-ion.
      • Les coûts.
      • Les ressources.
      • Le recyclage et la seconde vie des batteries lithium-ion.
  • APPROFONDISSEMENTS ELECTROCHIMIE

      • Principes de fonctionnement des trois principales technologies de batteries: Li-ion, NiMH, et Plomb acide.
      • Demi-réactions principales, potentiels d’équilibre et fenêtre de stabilité d’électrolyte.
      • Mécanismes d’insertion et de transition de phases à l’état solide.
      • Électrodes volumiques et les paramètres qui les caractérisent.
      • Équilibrage interne de cellule et singularité de chacune des technologies.
      • Techniques électrochimiques.
      • Cyclage galvanostatique et mesure de capacité, rendement coulombique, et rendement énergétique.
      • Charge de type courant constant/tension constante (CCCV).
      • Influence du courant sur les charges et décharges galvanostatiques.
      • Mesure des résistances de pulse, de la puissance maximum.
      • Diagrammes de Ragone.
      • Diagrammes de Peukert.
      • Spectroscopied’impédance.
      • Mesures sur demi-cellules.
      • Mesures intermittentes galvanostatiques et potentiostatiques, courbes de capacité incrémentale.
      • Modélisation électrochimique.
      • Elements de thermodynamique, cinétique électrochimique, et transport de matière.
      • Présentation du modèle de l’empilement électrode-/séparateur/électrode+ (Li-ion).
      • Paramètres d’entrée du modèle.
      • Applications : identifier les phénomènes limitants, aide au design de cellule, mesure de paramètres physiques et géométriques.
      • Autres types de modèles de batteries : analogie électrique, modèles simplifiés, modèle 3D cellule, modèle microstructuraux 3D résolus.
      • Durabilité-vieillissement des batteries.
      • Principaux phénomènes de vieillissement pour les trois technologies de batteries.
      • Conséquences des phénomènes de vieillissement sur les performances cellule (perte de capacité, puissance, autodécharge réversible et irréversible).
      • Tests de vieillissement sur cellule.
      • Analyse des données de vieillissement par les modèles de performance (comportementaux, électrochimiques, …).
      • Apport des analyses postmortem.
      • Modèles de vieillissement (empirique, physique, …).
  • BESOINS FONCTIONNELS DES PACK DES BATTERIES AUTOMOBILE

      • Définition des besoins fonctionnels d’un pack batterie.
      • Algorithmes d’estimation du SOC et du SOH des batteries.
      • Le BMS : Battery Management System. Le Hardware (matériel).
      • Les fonctions et le software (logiciel). Vue générale des fonctions.
      • Signaux d’E/S, capteurs et actionneurs.
      • Diagnostics et protections batterie. Superviseur.
      • Indicateurs d’états (SOC, SOH…). Gestion des puissances. Gestion thermique.
      • Mesure de l’isolement. Équilibrage. Circuits d’équilibrage dissipatifs ou à transfert d’énergie.
      • Règlements et normes.
      • Déclinaison technique des besoins fonctionnels en terme d’architecture d’un pack batterie.
      • Mise en œuvre d’un pack.
      • Gestion de la thermique d’un pack batterie.
  • GESTION THERMIQUE DES BATTERIES

      • Généralités. Définitions. Modes de transferts thermiques : conduction, convection, rayonnement, cas particuliers.
      • Gestion thermique d’une batterie haute tension de traction. Justification de la nécessité d’une gestion thermique poussée : performances à froid. Durée de vie.
      • Pertes thermiques : processus de génération de la chaleur. Résistance interne.
      • Exigences et contraintes thermiques des cellules. Cahier des charges thermique d’une batterie.
      • Gestion thermique à l’échelle de la cellule, des modules et du pack Batterie. Design d’une cooling plate.
      • Processus de conception.
      • Architectures classiques de gestion thermique : analyse de quelques solutions constructeurs, différentes architectures de refroidissement et de réchauffement.
      • Gestion thermique à l’échelle du GMP et du véhicule : matrice de choix de la solution de thermomanagement. Optimisation prestations véhicule/durée de vie batterie.
      • Travaux pratiques : exemple de la gestion thermo-acoustique par air aspiré dans l’habitacle.
      • Gestion thermique batterie, véhicule à l’arrêt : impacts véhicule. Réchauffage de la batterie préalablement à sa recharge. Recharges plug-in : lente, rapide. EV grid integration : impacts smart charge, V2G.
      • Possibles futures architectures de gestion thermique : électrodes, pompe à chaleur thermoélectrique, matériaux à changement de phase, immersive cooling.
      • Synthèse et perspectives.

Objectifs

  • Vous serez capable de :
  • dialoguer et négocier les éléments d’un cahier des charges et les compromis de conception,
  • expliquer le fonctionnement, modéliser et simuler les différents systèmes de stockage d’énergie électrique en y intégrant les aspects et les contraintes du système,
  • appliquer les besoins d’adaptation fonctionnelle à la traction automobile.

Pédagogie

  • Manipulation de matériel.
  • Activités pédagogiques.
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Pour vérifier l’accessibilité de cette formation à une personne en situation de handicap, contactez notre référent à l’adresse suivante : referent.handicap@ifptraining.com.