projet LiAMM
Mécanismes et modélisation des processus de vieillissement des batteries Lithium-Ion
Contexte du projet
Dans une perspective de remplacement des combustibles fossiles dans les applications de transport, tous les constructeurs de véhicules cherchent à transférer leurs technologies vers des moteurs électriques équipés de batteries rechargeables. Cette réalité se vérifie pour les automobiles, mais aussi pour les véhicules récréatifs et industriels.
La clé de la large adoption des véhicules électriques est de maximiser le débit énergétique des batteries rechargeables tout au long de leur durée de vie, tout en minimisant la demande de minéraux critiques et stratégiques.
Le Canada étant un chef de file mondial des véhicules récréatifs et industriels, ce projet contribuera à renforcer sa position. Grâce à ce projet, la propriété intellectuelle qui sera générée pourrait profiter à d’autres entreprises canadiennes dans le domaine du transport et du stockage de l’énergie.
DESCRIPTION DU PROJET
Les technologies de stockage d’énergie les plus utilisées pour les véhicules électriques sont les batteries lithium-ion (LIB) et les batteries tout-solide (ASSB) en raison de leur densité d’énergie et de leur puissance. Cependant, des défis liés au vieillissement des cellules et au diagnostic énergétique des batteries entravent l’exploitation de leur plein potentiel commercial.
industries impliquées
- Chimique
- De l’électrification
- Manufacturière
- Véhicules récréatifs
OBJECTIFS DU PROJET
Les principaux objectifs visent l’amélioration des connaissances en vieillissement des batteries pour augmenter leur performance, prolonger leur durée de vie et détecter les cellules défectueuses.
Les outils développés prendront la forme de :
- Modèles numériques rapides et calibrés représentant le comportement des cellules et des batteries soumises à des conditions réelles d’utilisation des véhicules récréatifs et industriels.
- Modèles utilisés dans des algorithmes en ligne pour diagnostiquer les états électrique, thermique et chimique des cellules et des batteries.
- Montages expérimentaux visant à identifier les mécanismes de vieillissement et à détecter les cellules défectueuses.
« La formation de personnel hautement qualifié en électrification des transports, le développement des connaissances et d’outils d’ingénierie auront un impact stratégique et économique important pour les entreprises canadiennes spécialisées dans le domaine du transport et du stockage de l’énergie. Ceci contribuera à optimiser la gestion intelligente et efficiente des ressources. »
L’équipe pour ce projet
Professeur à l’Université de Sherbrooke depuis 2013, M. Veilleux est titulaire d’un diplôme d’ingénieur en génie physique (Polytechnique Montréal) et d’un doctorat en génie chimique (McGill). Ses axes de recherche portent principalement sur la synthèse et la fabrication de nanomatériaux, les céramiques techniques, la technologie des plasmas thermiques, les batteries au lithium (synthèse de matériaux et recyclage), les lubrifiants solides ainsi que les diagnostics des procédés. Enfin, il est directeur de la Plateforme de Recherche et d’Analyse des Matériaux (PRAM).
Professeur à l’Université de Sherbrooke depuis 2006, M. Désilets est diplômé de l’Université du Québec à Trois-Rivières et de l’Université de Sherbrooke. Ses domaines d’expertise et de recherche portent sur le diagnostic énergétique de réacteurs métallurgiques, l’électrolyse industrielle, la simulation de procédés impliquant des changements de phase, la modélisation d’écoulements réactifs avec transfert de masse et d’énergie, l’efficacité énergétique et la conversion d’énergie.
Responsable des projets en électrification au CTA, M. Ménard possède plus de 25 années d’expérience en développement de produits dont près de 10 années en conception de véhicules électriques et hybrides. Il a développé l’expertise du CTA portant sur la conception et le prototypage de batteries, le système de gestion de batteries (BMS), la caractérisation de cellules, de modules et de batteries complètes en laboratoire, ainsi que le prototypage de systèmes entiers et leur intégration dans les véhicules d’essai.
Partenaires de ce projet
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Profils recherchés :
Vous avez de l’intérêt envers les nouvelles technologies des véhicules électriques et avez complété un baccalauréat en ingénierie électrique, informatique, chimique, mécanique ou en génie des matériaux ?
Ce projet de recherche est taillé sur mesure pour vous !
BOURSE POSTDOCTORALE
Développement et étalonnement d’un modèle de cellule de batterie à l’état solide (ASSB), comprenant les mécanismes de vieillissement pour cette technologie émergente. La personne aura la responsabilité de construire une suite de modèles prédictifs en utilisant une approche multi-échelle, c’est-à-dire construire une boîte à outils comprenant :
i) des modèles 3D pour évaluer les mécanismes de vieillissement
ii) des modèles pseudo-2D (P2D) utilisés à des fins de comparaison
iii) des modèles réduits impliquant des compromis dans la physique/géométrie conduisant à des modèles plus rapides utilisant moins de ressources CPU, et destinés à la modélisation de l’empaquetage.
La personne sera étroitement associée à un doctorant dans le développement de procédures expérimentales et dans l’identification des mécanismes de vieillissement de l’ASSB. Les données qui seront obtenues sont nécessaires pour estimer tous les paramètres requis (structure, transport de masse, vieillissement) et pour calibrer les modèles.
Elle construira et évaluera également des estimateurs d’état en comparant les prédictions des modèles avec les mesures expérimentales. Enfin, elle s’assurera que tous les développements de modèles soient alignés sur des prédictions en temps réel et compatibles avec les applications embarquées.
Doctorats (4)
PhD #1 – Développement et étalonnement d’un modèle de cellule de batterie lithium-ion (LIB) comprenant des mécanismes de vieillissement représentatifs pour les chimies Li-ion qui sont utilisées dans les modules de batteries de véhicules électriques.
PhD #2 – Étude expérimentale du vieillissement des cellules cylindriques en utilisant une analyse basée sur les courbes de leur tension en circuit ouvert (OCV) et de leur spectre d’impédance électrochimique (EIS), suivie d’un démontage et d’analyses post-mortem. Avec l’aide du data scientist du partenaire industriel UgoWork, la personne traitera les données télémétriques acquises sur 5 ans pour 500 batteries afin d’identifier les conditions de fonctionnement extrêmes corrélées à un vieillissement accéléré.
PhD #3 – Étude du vieillissement au niveau des modules des partenaires. L’un des résultats visés consistera à utiliser des données macro et éparses de température, de tension et de courant (T-V-I) pour évaluer les états de charge (SOC), de santé (SOH) et de température (SOT) de chaque cellule individuelle au sein d’un module donné de batteries donné, afin d’améliorer notre évaluation de l’état du module.
PhD #4 – Développement des algorithmes de systèmes de gestion de batteries (BMS) de haute performance et les appliquer pour prédire le comportement et les états température-tension-courant (T-V-I) à bord des modules utilisés à l’intérieur des véhicules électriques récréatifs et industriels.
Maîtrises en sciences appliquées (2)
M. Sc. A. #1 – Étude expérimentale du vieillissement des cellules, en collaboration avec PhD2. Développement des protocoles pour démonter les cellules âgées et récupérer l’anode, la cathode, le séparateur et l’électrolyte, ainsi que la caractérisation morphologique et physicochimique des matériaux âgés à l’aide des outils de la Plateforme de recherche et d’analyse des matériaux (PRAM).
M. Sc. A. #2 – Développement de l’instrumentation pour les modules de batteries, effectué en en collaboration avec PhD3. Sélection du type, du nombre et du positionnement des capteurs pour permettre des mesures de température, de tension et de courant utiles au diagnostic des états de charge (SOC), de santé (SOH) et de température (SOT).
Stagiaires – Niveau Bacc. (3)
Pendant les années 2-3 et 4 du projet.
Le ou la stagiaire fournira un soutien aux étudiants diplômés. Les opportunités de stage seront définies en fonction des différents besoins et de l’avancement du projet. Des stages seront donc offerts pendant toute la durée du projet de recherche.
L’objectif des offres de stages est d’initier les étudiants au vieillissement des cellules Li-ion et des batteries par la modélisation et l’expérimentation, d’évaluer le potentiel en tant que futurs étudiant.e.s diplômé.e.s et d’encourager la poursuite vers les études supérieures.
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L’expertise
Le CTA a choisi d’investir dans le futur de la mobilité en se dotant d’expertise et d’outils permettant d’alléger, de gérer le bruit, d’électrifier, de sécuriser et de faciliter la conduite.
Réalisations
Par la recherche et l’ingénierie avancée, nous élevons notre expertise pour que la technologie propulse votre succès. Découvrez nos réalisations en électrification, conception et ingénierie ainsi qu’en ingénierie prédictive.
Emplois, stages et études supérieures
Le CTA est constamment à la recherche d’ingénieurs, de techniciens, d’étudiants et de professionnels aux valeurs personnelles correspondant à nos valeurs d’entreprise.
