CV de thèse
Énoncé du problème
Les batteries au plomb sont les batteries les plus anciennes utilisées pour les applications domestiques et commerciales. Ceux-ci sont jetés en grand nombre chaque année dès leur première utilisation. Elles sont l'un des principaux facteurs de pollution chimique, donc si ces batteries peuvent être utilisées dans une seconde vie, les empreintes carbone peuvent être réduites. Ces batteries réutilisées bon marché peuvent devenir une solution pour les pays du tiers-monde pour faire un petit système électrique dans les villages, notamment. Maintenant, le problème c'est quand on va acheter une batterie réutilisée dans un magasin du coin, comment on sait que la batterie est bonne ou pas pour son usage. Certaines méthodes et indicateurs d'état de santé (SoH) sont nécessaires et peuvent être utilisés sur une très courte durée (1 à 5 minutes). Ainsi, la méthode doit être rapide, bon marché, fiable, facile à utiliser et doit fonctionner sans aucune donnée historique de la batterie.
Revue de littérature
La méthode de résistance CC interne et la méthode à deux impulsions sont deux méthodes de la littérature qui qualifient les critères définis dans l'énoncé du problème, tandis que la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) n'a jusqu'à présent aucune formule disponible pour l'évaluation de SoH. Ces trois méthodes seront considérées dans cette thèse pour évaluer le SoH des batteries de seconde vie tandis que de nouvelles méthodes seront introduites dans la recherche présentée ci-après.
Motivation
La motivation est de soutenir la population pauvre des pays du tiers monde en Asie et en Afrique afin que les batteries de seconde vie puissent être utilisées pour certains éclairages possibles et d'autres applications.
Travail méthodologique
Environ 30 batteries anciennes et nouvelles de types AGM et noyés avec différentes capacités ont été utilisées pour des tests expérimentaux pour six méthodes au total, à savoir ; méthode à deux impulsions, méthode de résistance CC interne, méthode basée sur CdS, résistance interne Vs. Méthode actuelle, méthode de capacité de rétention de charge et méthode de décharge courte. Des équipements de recherche commerciaux provenant d'instruments nationaux sont utilisés pour réaliser des expériences EIS. A partir de ces spectres EIS, une méthode basée sur le CdS (coefficient de sulfatation) est dérivée. D'autres méthodes basées sur le courant continu sont effectuées à l'aide de charges résistives et électroniques, d'oscilloscopes et d'alimentations, etc. La méthode de décharge courte consiste à décharger la batterie pendant une très courte durée, puis à observer la différence entre l'état de charge idéal et réel ( SoC) différence. Toutes les nouvelles méthodes ont été comparées à la méthode à deux impulsions et à la méthode de résistance CC interne. La méthode de capacité de rétention de charge est basée sur l'observation de la courbe de chute de tension de la batterie après son retrait du chargeur lorsqu'elle est chargée à 100 %. Toutes ces expériences ont été menées à température ambiante.
Résultats
• Pour la méthode de décharge courte, l'erreur est inférieure à 10 %.
• Pour la méthode basée sur CdS, l'erreur est inférieure à 10 % sur 52 points sur 56 prédictions pour SoH tandis que SoH est de 80 à 10 % et SoC de 80 à 20 %. L'erreur moyenne pour la batterie 5 pour toutes les prédictions est de 6%, ce qui est le maximum du lot.
• Des améliorations ont été suggérées pour la résistance CC interne et les méthodes à deux impulsions, tandis que les deux méthodes restantes sont présentées comme des méthodes de tri pour SoH dans un groupe de batteries. |
Thesis Resume
Problem Statement
Lead-acid batteries are the oldest batteries in use for domestic and commercial applications. These are discarded in a big number every year from their first life use. They are one of the big factors in creating chemical pollution so if these batteries can be put in second-life uses then carbon foot prints can be made lower. These cheap reused batteries can become a solution for third-world countries to make a small electrical system in the villages, especially. Now, the problem is when one goes to buy a reused battery on a corner shop, how one knows that battery is good or not for his use. Some state-of-health (SoH) methods and indicators are required which can be used in very short duration (1-5 minutes). So, the method should be fast, cheap, reliable, easy to use and should work without any history data of the battery.
Literature Review
Internal DC resistance method and two-pulse method are two methods from literature qualify the criteria being set in the problem statement while Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) does not have any formula available for SoH evaluation till now. These three methods will be considered in this thesis to evaluate SoH of the second-life batteries while some new methods will be introduced in the research presented next.
Motivation
The motivation is to support the poor population of third-world countries in Asia and Africa so that second-life batteries can be used for some possible lighting and other applications.
Methodological Work
Around 30 old and new batteries of AGM and flooded types with different capacities have been used for experimental testing for six methods in total namely; two-pulse method, Internal DC resistance method, CdS based Method, Internal resistance Vs. Current Method, Charge retention capacity method and short discharge method. Commercial research equipment from national instruments is used for carrying EIS experiments. From these EIS spectra, CdS (Coefficient de sulphation) based method is derived. Other DC based methods are performed with the help of resistive and electronic loads, oscilloscope and power supplies etc. Short discharge method is based on discharging the battery for very small time duration and then observing the difference between ideal and actual State-of-charge (SoC) difference. All new methods have been compared with two-pulse method and internal DC resistance method. Charge retention capacity method is based on noticing the voltage drop curve of the battery after it is removed from charger when it is 100% charged. All these experiments have been conducted on room temperature.
Results
• For Short discharge method, error is less than 10%.
• For CdS based method, error is less than 10% on 52 points out of 56 predictions for SoH while SoH is from 80%-10% and SoC is from 80%-20%. Average error for battery 5 for all predictions is 6% which is maximum of the lot.
• Improvements have been suggested for internal DC resistance and two-pulse methods while remaining two methods are presented as sorting methods for SoH in a group of batteries.
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