International audienceDerived from the Pseudo Two-Dimensional mathematical structure, a simplified electrochemical and thermal model of LiFePO4-graphite based Li-ion batteries is developed in this paper. Embedding the porous electrode theory, this model integrates the main design parameters of Li-ion systems and its partial differential equations mathematical structure makes it a promising candidate for battery management system (BMS) applications and comprehensive aging investigations. Based on a modified Single-Particle approach, the model is used to simulate and discuss capacity restitution in galvanostatic charges and discharges at various rates and temperatures. Constant high-rate solicitations similar to fast charge of plug-in electric vehicles or electric vehicles, are experimentally tested and simulated with the present model. Also, thermal issues occurring during these specific operating conditions are quantitatively pointed out. The concept of current-dependent spherical particle radius is used to obtain good agreement with experimental data related to galvanostatic charges and discharges. The capabilities and limits of this preliminary modeling work are discussed in detail and ways to extend the potentialities of this approach to BMS applications are proposed

International audienceIn this paper, an isothermal physics-based agingmodel from the literature is modified and extended to simulate both capacity and power fade of a commercial LiFePO4-graphite Li-ion battery. Compared to the isothermal reference, themechanism of porosity modification due to the Solid Electrolyte Interphase (SEI) film growth at the negative electrode is integrated in the present electrochemical and thermalmodel to establish theoretical correlations between capacity and power fade of the system. The agingmodel includes different contributions of the cell impedance increase such as the SEI film resistance and the electrolyte mass transport resistance due to the mitigation of the negative electrode porosity. Experimental databases from literature and specific experiments coupling endurance tests and Electrochemical Impedance Spectroscopy results, are used to calibrate and validate the correlated power and capacity loss simulations for both calendar and classic galvanostatic cycling operating conditions. The analysis of the experimental data points out that an additional possible aging mechanism such as cracking and fracture of the SEI layer could play an important role for cycling operating conditions and accelerate the electrochemical mechanisms. The impact of physical and design parameters on the power and capacity theoretical correlations are discussed. The limits of applicability of the present model are also discussed in this paper

Résumé -Questions ouvertes sur la supervision énergétique des véhicules hybrides électriques : une approche unifiée par la théorie de la commande optimale -Cet article a pour objet la gestion optimale de l'énergie pour un système de propulsion hybride. Le problème traditionnel de répartition de la puissance est modifié avec des nouveaux objectifs d'optimisation et des nouvelles contraintes. Les nouveaux objectifs d'optimisation incluent les émissions de polluants et le vieillissement de la batterie. Les contraintes sont modifiées pour prendre en compte des batteries à recharge externe (hybrides plug-in). De plus, des problèmes spécifiques sont traités avec une modélisation plus détaillée, qui comprend : les dynamiques thermiques du moteur à combustion interne et du catalyseur, pour prendre en compte les effets du démarrage à froid ; les dynamiques thermiques des systèmes de récupération de la chaleur à l'échappement ; la température de la batterie, qui a un effet sur ses performances et son vieillissement. L'article montre comment tous ces problèmes peuvent être traités de façon cohé-rente avec une extension de l'approche ECMS (Equivalent Consumption Minimization Strategy, ou stratégie de minimisation de la consommation équivalente), qui est une implémentation du principe du minimum de Pontryagin formulé dans la théorie de la commande optimale. Des définitions étendues de la fonction Hamiltonienne et des multiplicateurs de Lagrange sont présentées, ainsi que les résultats des optimisations illustrant les bénéfices de cette approche unifiée et ses limites dans l'implémentation en ligne.

No abstract

To cite this version:Olivier Lepreux. Model-based Temperature Control of a Diesel Oxidation Catalyst . Mathematics T H E S E pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L'ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DES MINES DE PARIS RésuméLe problème étudié dans cette thèse est la commande d'un système DOC (Diesel Oxidation Catalyst) tel qu'utilisé dans les systèmes de dépollution des gaz d'échappement des moteurs Diesel automobiles.Ce système est par nature un système à paramètres répartis en raison de sa géométrie allongée parcourue par un flux gazeux en contact avec un catalyseur réparti. Après avoir étudié expérimenta-lement ce système, nous avons décidé de prendre en compte cette nature répartie, qui comme on le montre, se retrouve également dans les autres systèmes de dépollution (filtres à particules, pièges à NOx, SCR).Une première contribution du manuscrit consiste en un modèle du système DOC. Celui-ci est obtenu par des simplifications successives, justifiées expérimentalement (observations, estimations des ordres de grandeurs) ou par analyse des équations régissant la dynamique du système (déve-loppements asymptotiques, changements de variables). Ce modèle permet de rendre compte de la complexité de la réponse de la température de sortie du DOC à des variations des grandeurs d'entrée. En particulier, les effets de réponses inverses et de retards sont bien représentés.Une seconde contribution est un ensemble d'algorithmes de commande (précompensation, rétro-action, et synchronisation) permettant de maîtriser les phénomènes thermiques dans le DOC.Ces deux contributions ont été testées expérimentalement et validées. En conclusion, les performances obtenues sont évaluées. En résumé, en utilisant l'approche présentée dans ce manuscrit, il est possible de commander, en conditions réelles, la température de sortie du DOC à ±15 • C. 6 SummaryThe problem studied in this thesis is the control of a DOC (Diesel Oxidation Catalyst) as used in aftertreatment systems of diesel vehicles.This system is inherently a distributed parameter system due to its elongated geometry where a gas stream is in contact with a distributed catalyst. After having studied this system experimentally, we decided to take into account its distributed nature, which as shown, is also found in other aftertreatment devices (particulate filters, NOx traps, SCR).A first contribution of the thesis is a model for the DOC system. It is obtained by successive simplifications justified either experimentally (from observations, estimates of orders of magnitudes) or by an analysis of governing equations (through asymptotic developments, change of variables). This model can account for the complexity of the temperature response of DOC output to changes in input variables. In particular, the effects of inverse responses and delays are well represented.A second contribution is a combination of algorithms (feedback, feedforward, and synchronization) to control the thermal phenomena in the DOC.Both contributions have been tested and validated experimentally. In conclusion, the o...