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Modélisation de batteries sodium-ion pour le diagnostic embarqué de leurs états de charge et de santé
No full textThe 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.La 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
Diagnostic des transferts de charge et de la couche de passivation d'une batterie sodium-ion
No full textInternational audienc
Diagnostic des transferts de charge et de la couche de passivation d'une batterie sodium-ion
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Modélisation de batteries sodium-ion pour le diagnostic embarqué de leurs états de charge et de santé
No full textThe 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.La 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
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
Influence of aging on SEI and charge transfer resistances and their dependence on current and temperature for a Li-ion NCA+NMC/graphite cell
No full textInternational audienceModeling the electrical behavior of cells is often complex because several parameters have to be determined simultaneously, which may lead to inconsistencies and inaccuracies. In the present paper, we modeled the surface resistance by using a method based on rules of dependence, already presented in the literature, which makes it possible to separate the contributions of the SEI (Solid Electrolyte Interphase) layer and the charge transfer as a function of the temperature and the current. A physically consistent model is able to provide a better estimate of the surface resistance values at untested operating points. The main contributions of this work are to transpose this method to an NCA+NMC / graphite+SiO cell and to show that the proposed model is easier to recalibrate as the cell ages than interpolation tables. Besides, the proposed experimental protocol reduces the time needed for testing. By testing cells at different states of health, it was observed that the charge transfer resistance increased with both cycling and calendar aging and that the SEI resistance also increased in both cases because of the high temperatures to which the cells were subjected
Non-invasive diagnosis of solid electrolyte interphase and charge transfers resistances for degraded lithium-ion batteries
No full textInternational audienceModeling the electrical behavior of cells is often complex because several parameters have to be determined simultaneously , which may lead to inconsistencies and inaccuracies. In the present paper, we modeled the "surface resistance" by using a method based on rules of dependence, already presented in the literature, which makes it possible to separate the contributions of the SEI (Solid Electrolyte Interphase) layer and the charge transfers as a function of the temperature and the current. A physical model is able to provide a consistent estimate of the surface resistance values at untested operating points. We transposed this model to NCA and NMC-622/graphite+Si cells and we characterized them for different states of health (SOH). For a SOH of 87%, we found that the charge transfers resistance was multiplied at least by 5.8, while the SEI resistance was multiplied at least by 1.5. As the cell ages, the proposed model should be easier to recalibrate than lookup tables. For that, we propose two methods, one that provides more detailed and accurate results and one that is more practical from an engineering point of view
Modélisation des effets de diffusion des batteries sodium-ion dans un circuit électrique équivalent
No full textInternational audienceUn modèle séparant les effets de diffusion en phases solides et liquide dans un circuit électrique équivalent est proposé. Ce modèle est testé sur les batteries sodium-ion de type NVPF/HC, dont la diffusion au sein des électrodes présente de fortes non-linéarités en état de charge. Grâce à ce modèle, les paramètres de diffusion présentent moins de non-linéarités et sont plus facile à déterminer. Le modèle proposé permet de bien simuler le comportement des batteries NVPF/HC pour des états de charge supérieurs à 30%
Influence of aging on SEI and charge transfer resistances and their dependence on current and temperature for a Li-ion NCA+NMC/graphite cell
No full textInternational audienceModeling the electrical behavior of cells is often complex because several parameters have to be determined simultaneously, which may lead to inconsistencies and inaccuracies. In the present paper, we modeled the surface resistance by using a method based on rules of dependence, already presented in the literature, which makes it possible to separate the contributions of the SEI (Solid Electrolyte Interphase) layer and the charge transfer as a function of the temperature and the current. A physically consistent model is able to provide a better estimate of the surface resistance values at untested operating points. The main contributions of this work are to transpose this method to an NCA+NMC / graphite+SiO cell and to show that the proposed model is easier to recalibrate as the cell ages than interpolation tables. Besides, the proposed experimental protocol reduces the time needed for testing. By testing cells at different states of health, it was observed that the charge transfer resistance increased with both cycling and calendar aging and that the SEI resistance also increased in both cases because of the high temperatures to which the cells were subjected
Open innovation implementation pratices and firm competitiveness in Malaysian manufacturing industry
No full textMalaysia has successfully transformed from an agriculture -based economy into a resource-based economy. However, Malaysia’s endeavor to transform into an innovation-led economy is presently hindered by the lack of innovation capabilities important for business, as well as by the Malaysian policies’ lack of focus on modern concepts of innovation, such as open innovation. Despite the fact that the implementation of an open innovation concept will enhance the competence of innovation in the manufacturing sector; a theoretical framework for enhancing this implementation in Malaysia is still absent. Furthermore, the relationship between open innovation concept and firms’ competitiveness indicators is still unclear. This thesis determined the effectiveness of the local innovation policy, investigated the level of open innovation practices in the Malaysian manufacturing sector and identified the factors that influence the adoption of open innovation practices. The thesis also examined the relationship between implementing open innovation practices and firms’ competitiveness indicators. A quantitative method with a descriptive and inferential analysis was used to obtain the results of this research. The study population were 1100 manufacturing firms located in Selangor state. Based on the proposed framework which was developed by the author,a valid questionnaire was used in a self-administrated survey to collect the data. The questionnaires were answered by conducting face-to-face interviews with the participants. The participants were 281 manufacturing firms out of the 1100 firms in Selangor. The inferential analysis used was the Parametric Test (One-sample T-test), to investigate the factors included in the proposed framework. After data analyses, the author modified the proposed framework and revealed nine key factors affecting the adoption of open innovation in Malaysia. These factors were grouped into three main areas, intellectual property management in universities, government policies including laws and intellectual property management in industries. This research supports the claim that open innovation concepts have a positive impact on firms' performance, as the study revealed a significant relationship between open innovation adoption and firms’ competitiveness indicators. It was determined that if a firm increases the implementation of open innovation practices, its ability to compete in business will increase. Finally, the study showed that the Malaysian innovation policy has a significant influence on the innovation atmosphere. However, this policy needs improvement in order to support a modern approach to innovation
