Développement d'un système de caractérisation des éléments de sécurité des batteries Li-ion

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.

Développement d’un système de caractérisation des éléments de sécurité des batteries Li-ion

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’incidents aux conséquences dramatiques. Ces incidents peuvent avoir des origines diverses mais sont regroupés sous le terme emballement thermique. L’emballement thermique est à ce jour un des verrous principaux au développement de la mobilité électrique et 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.

Les technologies de batteries les plus récentes sont équipées d'un évent de sécurité qui intervient en cas d'augmentation de la pression interne de la batterie. Si l'évent de sécurité préserve l'intégrité structurelle de la batterie, les caractéristiques des jets émis ont un impact fondamental sur l'évolution de l'emballement et sa propagation aux autres composants du pack batteries.

L'objectif de ce stage est de développer une méthodologie de caractérisation de l'écoulement dans les évents de sécurité. Le stagiaire participera, avec l'aide du personnel du laboratoire d'IFPEN, à la mise en place d'un dispositif expérimental permettant de caractériser le jet gazeux émis par les évents de sécurité dans des conditions contrôlées.

Il s'agira de séparer l'évent de son composant d'origine, de le coupler à une source de gaz à pression contrôlée (N2) et d'installer des capteurs pour mesurer le débit. Le jet formé à la sortie de l'évent devra également être caractérisé pour comprendre sa forme et son orientation à l'aide de techniques d'imagerie à grande vitesse.

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

Phase d’instruction bibliographique permettant de prendre connaissance de la problématique relative à l’emballement thermique
Phase expérimentale initiale pour définir un protocole pour la séparation de l’évent de sécurité de la batterie d’étude et couplage avec la ligne d’haute pression de N₂
Mise en place du système de mesure de débit couplé avec une diagnostique optique de caractérisation de jet
Exploitation et d’analyse des résultats et validation de la méthodologie.

Le/a candidat/e travaillera au laboratoire de diagnostiques optiques et recevra la formation et l’aide nécessaire pour la mise en place des diagnostiques (R108) et sera 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.

Notions d’optique, fonctionnement batterie Li-ion et intérêt pour la mesure et l’expérimentation.
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.

Durée et période du stage : 6 mois entre janvier et septembre 2024
Informations pratiques : Le stage se déroulera à l'IFP Energies nouvelles à Rueil-Malmaison. Une indemnité mensuelle sera versée au stagiaire (si non rémunéré par ailleurs).

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