Mesure en ligne de masse et température d'une batterie Li-ion en test d'abus thermique

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : CLIMAT, ENVIRONNEMENT ET ÉCONOMIE CIRCULAIRE, ÉNERGIES RENOUVELABLES, MOBILITÉ DURABLE et HYDROCARBURES RESPONSABLES.

L’engagement d’IFPEN en faveur d’un mix énergétique durable se traduit par des actions visant :

• à gagner en efficacité énergétique ;
• à réduire les émissions de CO2 et de polluants ;
• à améliorer l’empreinte environnementale de l’industrie et des transports ;

tout en répondant à la demande mondiale en mobilité, en énergie et en produits pour la chimie.

Dans cet objectif, IFPEN développe des solutions permettant, d’une part, d’utiliser des sources d’énergie alternatives et, d’autre part, d’améliorer les technologies existantes liées à l’exploitation des énergies fossiles.

Mesure en ligne de masse et température d’une batterie Li-ion en test d’abus thermique

La batterie Li-ion est la technologie partagée par tous les constructeurs automobiles pour assurer le stockage d’énergie nécessaire aux déploiements des véhicules électrifiés. Cependant, ces batteries Li-ion peuvent être à l’origine d’incendies aux conséquences dramatiques. Ces incendies peuvent avoir des origines diverses mais sont regroupés sous le terme d’emballement thermique. Cette problématique dimensionne de façon importante le design et les performances d’une batterie

Dans ce cadre, IFPEN développe des outils expérimentaux permettant de qualifier l’emballement d’une cellule Li-ion. Ces outils doivent permettre de combler un manque identifié dans la littérature en fournissant les données nécessaires aux développements de modèles relatifs à l’initiation de l’emballement thermique. La validation de ces modèles nécessite une connaissance fine de l’évolution de la batterie notamment un suivi fin de sa température de surface, et une mesure de l’évolution temporelle de sa masse à partir du moment de venting.

Les travaux de ce stage ont pour objectif de mettre en place et de réaliser les premières mesures expérimentales de deux systèmes qui seront complémentaires aux tests d’abus thermiques réalisés sur le site de Rueil. Les systèmes de mesure permettront d’accéder à des informations essentielles pour la caractérisation des batteries telles que l’évolution de la masse et la température (interne et/ou de surface). La masse sera mesurée grâce à un capteur piezo-resistif et la température par méthode optique (FBG). La méthodologie expérimentale sera appliquée sur des batteries fonctionnant en condition nominale de fonctionnement et lors de tests d’abus thermique. Ces travaux experimentaux seront réalisés en collaboration avec le personnel de laboratoire IFPEN.

Dans ce cadre, le stage proposé sera structuré en quatre phases : 

1. Phase d’instruction bibliographique permettant de prendre connaissance des techniques de mesures et la problématique relative à la mesure de température par cellule de Bragg.
2. Phase expérimentale initiale avec une batterie fonctionnant en condition nominale de cyclage. Cette phase permettra de vérifier le fonctionnement des systèmes de mesure et d’évaluer leurs niveaux de bruits.
3. Phase expérimentale approfondie en test d’abus thermique
4. Phase d’exploitation et d’analyse des résultats qui sera réalisée en parallèle des phases expérimentales et qui permettra d’évaluer la qualité des mesures obtenues ainsi que la répétabilité des phénomènes étudiés.

Le/a candidat/e travaillera au laboratoire de diagnostiques optiques (R108) en interaction avec l’équipe batterie (R173).

Profil recherché :

Master 2 (Bac+5) ou dernière année d’école d’ingénieur motivé pour mener des travaux de recherche et développement.

• Mesure et l’expérimentation, Notions d’optique, fonctionnement batterie Li-ion et.
• Maîtrise des outils de programmation et traitement du signal (Matlab et / ou Python, etc. )
• Aptitude à travailler en équipe et à communiquer sur son travail.

Mots-clefs : Sécurité batteries, Expérimentation, Optique,  …

Lieu du stage : Rueil-Malmaison