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Study of the lithium ion batteries ageing : from mechanisms to accelerated ageing
No full textEn raison de leurs performances en termes de densités énergétiques et de puissance, les batteries Li-ion sont les systèmes de stockage électrique privilégiés pour les nouvelles générations de véhicules électriques. Leur modélisation est indispensable pour fournir une évaluation de leurs performances tout au long de leur durée de vie tout en limitant le nombre d'essais expérimentaux, et ceci dans le but de concevoir des configurations et des gestions optimales des packs batteries pour une application envisagée. Le but de ce travail consiste à proposer un modèle physique capable de prédire le comportement et le vieillissement de la batterie sous différentes conditions. Un modèle simplifié électrochimique et thermique capable de prédire le comportement physicochimique et le vieillissement de batteries Li-ion a été étudié. Une analyse de sensibilité a été menée sur l'ensemble des paramètres du modèle dans différentes conditions afin de mettre en évidence leurs influences sur les sorties du modèle. Sur cette base, une méthode d'identification a été proposée pour préserver une indépendance des résultats de l'identification paramétrique par rapport à la sensibilité des paramètres. Cette méthode a permis d'améliorer les prédictions de vieillissement avec des estimations très proches des résultats expérimentaux. Au-delà des gains en compréhension et prédiction, ce modèle physique ouvre de nouvelles possibilités pour établir des protocoles de vieillissement accélérés.Due to their high power and energy densities, Li-ion batteries are the leading systems for the new generations of electric vehicles, for which an optimum cell design, management and configuration is essential. Modeling provides tools to perform complex analysis of the performance of Li-ion batteries and reduces the amount of time spent on experimental testing. The aim of our research is to propose a physics-based model that can predict battery behavior and aging under various conditions during the entire lifespan. A simplified electrochemical and thermal model that can predict both physicochemical and aging behaviors of Li-ion batteries has been studied. A sensitivity analysis of all its physical parameters has been performed in order to find out their influence on the model outputs based on simulations under various conditions. The results gave hints on whether a parameter needs particular attention when measured or identified and on the conditions under which it is the most sensitive. A specific simulation profile has been designed for parameters involved in aging equations in order to determine their sensitivity. Finally, a step-wise method has been followed to limit the influence of parameter values when identifying sorne of them. This sensitivity analysis and the subsequent step-wise identification method show very good results, such as a better fitting of the experimental data with simulated cell voltage. Beyond advanced comprehension and prediction, this physical model opens new possibilities to define accelerated aging tests
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Modélisation de batteries sodium-ion pour le diagnostic embarqué de leurs états de charge et de santé
No full textLa thèse présente un modèle basé sur la physique pour les cellules sodium-ion de type NVPF/HC. Le modèle tient compte des complexités de la modélisation de ces cellules, notamment à cause de leurs non-linéarités liées au courant, à la température et à l'état de charge (State of charge : SoC). La structure du modèle est un circuit équivalent amélioré par des concepts utilisés dans les modèles à particules uniques (Single particle model : SPM) pour former une structure ECM-SPe, adaptée aux diagnostics de SoC et d'état de santé (State of health : SoH). La structure ECM-SPe sépare les effets de la diffusion en phase solide et en phase liquide. Il est montré que la modélisation classique des effets de diffusion en phase solide par une impédance entraîne de nombreuses difficultés. En remplacement, une approche novatrice est proposée en utilisant des décalages en SoC de la tension en circuit ouvert (Open circuit voltage : OCV). Ces décalages sont en lien direct avec les phénomènes électrochimiques, ce qui permet la mise en place de modèles de non-linéarités physiques. La structure ECM-SPe caractérise divers phénomènes électrochimiques sous forme de contributions de tension : surtension ohmique ou statique (Vs), surtension de surface (Vsurf) qui comprend les surtensions des transferts de charge et de l'interphase solide-électrolyte (Solid-electrolyte interphase : SEI), surtension de diffusion en phase liquide (Vld) et la tension d'équilibre de surface (Surface equilibrium voltage : SEV). Des modèles analytiques pour les non-linéarités en courant, en température et en SoC sont proposés pour chaque contribution de tension. Ces modèles des non-linéarités sont basés sur des équations théoriques et empiriques pour caractériser les paramètres du modèle sans recours à des tables d'interpolation. Le modèle NVPF/HC est l'ensemble de la structure ECM-SPe avec les modèles des non-linéarités des contributions en tension. La thèse détaille les protocoles expérimentaux pour la détermination des paramètres, ce qui comprend des tests à courant constant, des créneaux de courant, et des spectroscopies d'impédance, réalisés sous divers courants, températures et SoC. La performance du modèle est validée par des comparaisons avec des données expérimentales, démontrant des résultats prometteurs. En plus, le modèle NVPF/HC peut servir comme un outil de diagnostic des transferts de charge et de la SEI en séparant leurs non-linéarités en courant, température et en SoC. Le modèle montre sa fiabilité pour estimer la tension de la cellule dans des applications à courant variable, avec de bonnes performances à des courants allant jusqu'à ±5C et des températures au-dessus de 5 °C. L'étude souligne également la nécessité de développer des tests de caractérisation distincts pour les contributions de diffusion solide et liquide.The thesis presents a physics-based model for sodium-ion cells of the NVPF/HC type. The model takes into account the complexities involved in modeling these cells, notably due to their nonlinearities in current, temperature and state of charge (SoC). The model structure is an equivalent circuit enhanced by concepts used in single particle models (SPM) to form an ECM-SPe structure, suitable for diagnosis of the SoC and the state nof health (SoH) of the cell. The ECM-SPe structure separates the effects of solid-phase and liquid-phase diffusion. It is shown that classical modeling of solid-phase diffusion effects by impedance leads to numerous difficulties. As a replacement, an innovative approach is proposed using shifts in SoC of the open circuit voltage (OCV). These shifts are directly related to electrochemical phenomena, enabling the implementation of physical nonlinearity models. The ECM-SPe structure characterizes various electrochemical phenomena as voltage contributions: ohmic or static overvoltage (Vs), surface overvoltage (Vsurf) which includes charge transfers and the solid electrolyte interphase (SEI) overvoltages, liquid phase diffusion overvoltage (Vld) and the surface equilibrium voltage (SEV). Analytical models for current, temperature and SoC nonlinearities are proposed for each voltage contribution. These nonlinearity models are based on physical and empirical equations to characterize the model parameters without the use of lookup tables. The NVPF/HC model consists of the ECM-SPe structure with the nonlinearity models for the voltage contributions. The PhD details experimental protocols for parameter determination, which include constant current tests, pulse tests, and impedance spectroscopies, performed under various currents, temperatures and SoC. The performance of the model is validated by comparisons with experimental data, demonstrating promising results. In addition, the NVPF/HC model can be used as a diagnostic tool for charge transfers and SEI by separating their nonlinearities in current, temperature and SoC. The NVPF/HC model shows its reliability for estimating the cell voltage in variablecurrent applications, with good performance at currents up to ±5C and temperatures above 5 ◦C. The study also highlights the need to develop distinct characterization tests for solid and liquid diffusion contributions
Variations on the Author
Get PDF“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Li-ion battery modeling in ultra-fast charge conditions
No full textLa réaction de dépôt de lithium est un phénomène local et indésirable au sein des batteries Li-ion. Elle est largement décrite dans la littérature comme l'un des principaux phénomènes limitants de la charge rapide des cellules Li-ion. Le contrôle de cette réaction en temps réel est donc un facteur clé pour parvenir à la charge "au plus juste" d'un batterie Li-ion. Cela est classiquement étudié par des modèles physiques complexes et à l'aide des techniques expérimentales nécessitant des analyses invasives de la batterie. Dans le cadre de l'étude de cette thèse, il a été mis en place une méthodologie, incluant une modélisation simplifiée ainsi que des caractérisations expérimentales non invasives des cellules Li-ion, pour estimer l'ensemble des courants de recharge proche de la limite de la réaction de dépôt de lithium. Des études expérimentales ont été menées sur une cellule graphite/LFP pour valider ce courant et cela a donné lieu à un protocole de recharge où le courant évolue avec l'état de charge et la température de la cellule. Il a été observé que ces courants permettent de charger ultra rapidement la cellule sans que la réaction de dépôt de lithium métal ne soit déclenchée. Pour une charge à 0°, la cellule a été chargée en 11 minutes entre 10% et 87% d'état de charge. Il a été validé que les courants estimés sont proches, à moins de 10%, de la limite « réelle » de déclenchement de la réaction de dépôt de lithium. Enfin, en comparant les cyclages avec ces courants limites estimés et la charge à 1C, aucun vieillissement additionnel n'a été observé après plus de 100 cycles à 0°.Lithium deposition reaction is a local and undesirable phenomenon within Li-ion batteries. It is widely describe in the literature as one of the major limiting phenomena of rapid Li-ion cell loading. The control ofthis reactio in real time therefore seems to be a key factor for an optmal fast charging. This is classically studied by ve complex physical models and using experimental techniques requiring invasive tests on battery. As part of th study ofthis thesis, a methodology has been established, including a simplified modelling as well as non-invasiv experimental characterizations of Li-ion, to estimate all charging currents close to the limit of the lithiu deposition reaction. Experimental studies have been conducted on a graphite/LFP cell to validate these current and this resulted in a charging protocol where the current evolves With the load state and temperature of the cel It has been observed that these currents allow the cell to be charged ultra quickly without triggering the lithiu metal deposition reaction. For a charge at 0°, the cell has been recharged in 11 minutes between 10% and 87% of the state of charge. It has been validated that the estimated currents are close to, less than 10%, the « real » lim for triggering the lithium deposition reaction. Finally, by comparing cycling With these estimated limit curren and the charge at IC, no additional aging has been observed after more than 100 cycles at 0°
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Get PDFWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Study for the thermal modeling of low-carbon vehicle LiFePO4 battery packs
No full textCette thèse s’inscrit dans la problématique mondiale qu’est la gestion de l’énergie en se focalisant sur les batteries pour véhicules électriques ou hybrides. Celles-ci subissent des contraintes particulièrement sévères qui les font s’échauffer rapidement. Afin d’éviter le risque d’un vieillissement prématuré tout en limitant les surcoûts, il convient de dimensionner la batterie et son système de refroidissement de manière optimale. Les modèles thermiques proposés permettent ce dimensionnement optimal. Le modèle utilisé pour les pertes électriques a été amélioré pour être désormais stable lors de simulations de longs trajets. L’analyse fine du fort couplage entre les phénomènes thermiques et électrochimiques a mené à de nouvelles méthodes de caractérisations. Le « découplage » de ces phénomènes permet d’améliorer grandement les prédictions des modèles, notamment dans des plages de fonctionnement très contraignantes (basse température et très forte puissance). La précision est garantie à 1 °C, même pour des simulations de plusieurs heures.This PhD thesis is included in the global energy-management issue. lts focus is on battery packs for electric or hybrid vehicles. The latter are bound to heat quickly because they're receiving high stresses during operation. Thus, to avoid accelerating the aging process while maintaining a minimal cost, the battery and its cooling system have to be sized optimally. The proposed thermal models can be used to reach this optimal sizing. The electrical losses model has been improved to become stable during the simulations of long driving cycles. The precise study of the strong coupling between electrochemical and thermal behaviors has led to new characterization methods. The "decoupling" of these phenomena improves significantly the models predictions, especially in very stressed operation ranges (low temperature and high power).The precision is better than 1° C, even for several-hours simulations
Monitoring the ageing of an on-board lithium-ion batteries in railway use
No full textLe modèle électrique classique d'une cellule considère celle-ci comme un ensemble homogène ayant des caractéristiques (résistance, capacités) uniques. Nous considérons au contraire qu'une cellule peut être subdivisés en un certains nombres de volumes qui sont eux considérés comme homogène d'un point de vue des propriétés électriques. La modélisation d'une cellule s'effectue alors par un ensemble de circuits électriques, à raison d'un par volume. Cette construction effectuée, nous cherchons à caractériser chacun des paramètres des circuits électriques grâce à des mesures expérimentales. Une nouvelle méthode de détermination des paramètres fonctionnant pour des cellules dont la tension à vide est non linéaire est proposée, ce qui permet de répondre à de nombreuses difficultés rencontrées dans nos travaux et des précédents. Les variations des paramètres avec la température et le courant sont également déterminées. Une seconde détermination, cette fois par optimisation permet d'introduire une différence des valeurs des paramètres afin de modéliser l'hétérogénéité. Des comparaisons expérimentales permettent de valider la pertinence du modèle hétérogène et ses performances. Les paramètres modélisant l'hétérogénéité sont représentatifs de l'interne de la cellule et le suivi de ces paramètres au cours de la vie de la cellule, et donc de son vieillissement, permettent de réaliser un diagnostic de celle-ci. Une application sur un pack de deux cellules constitué d'une neuve et d'une vieillie artificiellement permet une discrimination qualitative des cellules. Ceci permet de valider le potentiel de cette représentation comme outil de diagnostic.The classical electrical model of a cell considers it as a homogeneous whole With unique characteristics (resistance, capacitance). On the contrary, we consider that a cell can be subdivided into a certain number of volumes which are considered as homogeneous from the point of view of electrical properties. The modelling of a cell is then carried out by a set of electrical circuits, one per volume. Once this construction is completed, we seek to characterise each of the parameters of the electrical circuits by means of experimental measurements. A new method of determining the parameters for cells with a non-linear open circuit voltage is proposed, which makes possible to solve many of the difficulties encountered in our work and in previous ones. The variations of the parameters with temperature and current are also determined. A second determination, this time by optimization, allows to introduce a difference of the parameters values in order to model the heterogeneity. Experimental comparisons allow to validate the relevance of the heterogeneous model and its performances. The parameters modelling the heterogeneity are representative of the cell internals and the monitoring of these parameters during the life of the cell, and therefore its ageing, allows a diagnosis of the latter to be made. An application on a pack of two cells, one new and one artificially aged, allows a qualitative discrimination of the cells. This validates the potential of this representation as a diagnostic tool
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
Get PDFWe conducted a full-scale evaluative citation analysis study of scholars in the XML research field to explore just how different from each other author rankings resulting from different citation counting methods actually are, and to demonstrate the capability of emerging data and tools on the Web in supporting more realistic citation counting methods. Our results contest some common arguments for the continued
use of first-author citation counts in the evaluation of scholars, such as high correlations between author rankings by first-author citation counts and other citation
counting methods, and high costs of using more realistic citation counting methods that are not well-supported by the ISI databases. It is argued that increasingly available digital full text research papers make it possible for citation analysis studies to go beyond what the ISI databases have directly supported and to employ more
sophisticated methods
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