Thèse sur Vieillissement calendaire / cyclage des batteries Li-ion (NMC & LFP)

[Yonick]

Je mets ici un lien vers une thèse sur

Étude du vieillissement des batteries
lithium-ion dans les applications
"véhicule électrique" : Combinaison des effets
de vieillissement calendaire et de cyclage.

 

C'est à l'initiative de @bzz42 mais je post un sujet ici plutôt que de digresser dans un autre forum (là).

 

lien vers la thèse : ici.

 

J'ai parcouru / survoler le pavé, les points plus accessibles sont ici :

 

§4.4

§4.5

§5.4

§5.5

Annexe C.1

 

J'en retiens que l'on a surtout les chiffres pour des simulations d'usure à 60°C. La thèse reprend aussi les chiffres d'autres études qui ont été faites à 25°C et 45°C.

 

- Je retiens surtout que le vieillissement calendaire est d'abord ce qui impacte le plus les batteries (LFP et NMC).

- Ajouter à cela des cycles de charge/décharge qui majorent ce vieillissement calendaire, surtout pour les NMC.

- Le cyclage à lui seul impacte peu le vieillissement. (Ceci dit, compliqué d'évaluer juste le cyclage étant donné qu'il y aura nécessairement du calendaire avec).

- les batteries à forte auto-décharge se dégradent plus rapidement.

- Il vaut mieux stocker les batteries LFP à 100% ou à 50% plutôt qu'à 90% !

 

Je n'ai fait qu'une lecture à mon niveau.

Toutes les remarques sont les bienvenues.

Modifié septembre 13, 2022 par Yonick

[farenas]

Le 13/09/2022 à 14:22, Yonick a dit :

 

- Il vaut mieux stocker les batteries LFP à 100% ou à 50% plutôt qu'à 90% !

 

Illogique et surprenant.

 

Le profane en chimie des accus que je suis ne sait pas quoi penser de ça. 

Modifié septembre 13, 2022 par farenas

[alfniev]

Le cyclage 20-80% versus 0-100% 

Permets de multiplier par 7 la durée de vie 

NB : un cycle correspond a 100% , que ce soit une charge de 0 a 100% ou 2 charges de 30 a 80%.

 

https://pushevs.com/2018/04/27/battery-charging-full-versus-partial/

[Yonick]

Le 13/09/2022 à 14:55, farenas a dit :

Illogique et surprenant.

 

Le profane en chimie des accus que je suis ne sait pas quoi penser de ça. 

C'est peut-être un artéfact des essais mais cela a été identifié sur plusieurs groupes tests ; page 107 (page 126 du pdf).

[Yonick]

Le 13/09/2022 à 15:38, alfniev a dit :

Le cyclage 20-80% versus 0-100% 

Permets de multiplier par 7 la durée de vie

C'est assez logique puisque l'on déconseille une décharge "profonde". Les résultats de la thèse, sans avoir tester toutes les combinaisons de charge/décharge semble corroborer cela. Il déconseille, là aussi logiquement, de faire des cyclage en "haut" des valeurs de SoC, càd ne pas recharger (même les LFP) tant que le SoC n'est pas descendu sous une certaine valeur, autour de 70%.

 

Le 13/09/2022 à 15:38, alfniev a dit :

NB : un cycle correspond a 100% , que ce soit une charge de 0 a 100% ou 2 charges de 30 a 80%.

Par contre, toujours selon cette thèse, davantage que le cyclage en terme de % de SoC c'est l'alternance de charge/décharge qui altère les batterie. En gros, il vaut mieux recharger une fois par semaine de 10 à 90 % que 7 fois de 80 à 90. Bon, c'est assez intuitif, on le fait tous plus ou moins. Par contre, les auteurs insistent sur le fait que le cyclage en lui-même influe peu sur le vieillissement comparativement au calendaire, lui-même accéléré par l'alternance du SoC.

1 cycle de 0 à 100 % aura moins d'impact sur le vieillissement que 2 cycles 30%~80% et encore moins que 4 cycles 50%~75%.

 

Conclusion : si vous voulez acheter un VE d'occas, orientez-vous vers une voiture qui a servi de taxi et a 100 000 km

plutôt que la voiture d'un particulier qui a 4 ans et 50 000 km.

[alfniev]

Le 13/09/2022 à 19:21, Yonick a dit :

1 cycle de 0 à 100 % aura moins d'impact sur le vieillissement que 2 cycles 30%~80% et encore moins que 4 cycles 50%~75%.

As-tu regardé le lien ajouté a mon commentaire?

L'étude indique radicalement le contraire

Modifié septembre 13, 2022 par alfniev

[zeta]

Le 13/09/2022 à 19:21, Yonick a dit :

1 cycle de 0 à 100 % aura moins d'impact sur le vieillissement que 2 cycles 30%~80% et encore moins que 4 cycles 50%~75%.

@alfnievest déjà passé pour commenter, mais je peux ajouter une autre source allant dans le même sens:

 

Jeff Dahn indiquait lui même qu'une décharge de 25% de profondeur seulement n'a virtuellement aucun impact sur la capacité des cellules utilisées dans ses tests, contrairement a une décharge de 100%: https://www.youtube.com/watch?v=pOQQTwYkg08

 

Bon, plus qu'a trouver du temps pour lire la thèse du premier message...

[Yonick]

Le 13/09/2022 à 21:31, alfniev a dit :

As-tu regardé le lien ajouté a mon commentaire?

L'étude indique radicalement le contraire

Pas encore, j'ai juste jeté un coup d'oeil. L'article est en anglais et c'est pas mon fort. J'ai déjà eu du mal avec la thèse en français... 😁

J'ai l'impression qu'il n'y a pas les sources mais au premier abord je n'ai pas vu de grosse contradiction par rapport à la thèse ici. J'essaierai de regarder l'article dans ton lien demain.

 

(Pour la thèse – et cela reste une thèse –, le gros biais est le vieillissement accéléré à 60°C, principalement. Cependant, il y a des sources vers d'autres études avec des t° différentes.)

[Yonick]

Le 13/09/2022 à 22:41, zeta a dit :

Bon, plus qu'a trouver du temps pour lire la thèse du premier message...

Bon courage !

[alfniev]

Le 13/09/2022 à 23:38, Yonick a dit :

Pas encore, j'ai juste jeté un coup d'oeil. L'article est en anglais et c'est pas mon fort. J'ai déjà eu du mal avec la thèse en français... 😁

 

Voici l'extrait de l'article le plus clair :

[e-Lionel]

Le 13/09/2022 à 21:31, alfniev a dit :

As-tu regardé le lien ajouté a mon commentaire?

L'étude indique radicalement le contraire

cet article est très clair et corrobore d'autres études que j'ai pu lire...

La charge optimum pour la durée de vie est de 60% à 70%, mais évidemment pas très compatible avec l'utilisation d'un VE (Encore que, 10% de batterie peuvent être suffisant pour des trajets quotidiens, mais pas sur les longs trajets).

 

Un autre exemple qui contredit l'argument de Yonick (issu de l'étude du post initial ?) :

si l'alternance des charges/décharges étaient néfastes à la durée de vie, alors que penser des très nombreuses micro-recharges des freinages régénératifs ? Sur un parcours urbain, c'est un freinage régénératif à chaque feu rouge, rond point, virage, ...

[e-Lionel]

On voit aussi l'intérêt d'une batterie de forte capacité : même en se limitant à des charges 20%-80%, on conserve une autonomie acceptable tout en préservant la longévité...

le surcoût est à réfléchir lors de l'achat, surtout si on souhaite garder son VE très longtemps !

 

[badge2033]

Le 14/09/2022 à 07:49, alfniev a dit :

 

Voici l'extrait de l'article le plus clair :

la conclusion surprenante que j'en tire, c'est que les % hauts sont plus dangereux pour la santé de la batterie que les % bas

donc moi personnellement, pour mon usage quotidien je vai charger à 70% et monter à 100% uniquement pour les départs de vacances

Modifié septembre 15, 2022 par badge2033

[MrFurieux]

Le 13/09/2022 à 14:22, Yonick a dit :

J'en retiens que l'on a surtout les chiffres pour des simulations d'usure à 60°C. La thèse reprend aussi les chiffres d'autres études qui ont été faites à 25°C et 45°C.

 

- Je retiens surtout que le vieillissement calendaire est d'abord ce qui impacte le plus les batteries (LFP et NMC).

- Ajouter à cela des cycles de charge/décharge qui majorent ce vieillissement calendaire, surtout pour les NMC.

- Le cyclage à lui seul impacte peu le vieillissement. (Ceci dit, compliqué d'évaluer juste le cyclage étant donné qu'il y aura nécessairement du calendaire avec).

 

Le vieillissement calendaire est très dépendant de la température, et c'est une dépendance exponentielle. A 60°C il est énorme, et même à 25°C il est bcp plus important qu'à 15°C par exemple. Sous nos latitudes, les cas où le calendaire est dominant c'est surtout si la voiture roule peu, ou bien pour les batteries LFP qui ont des longévités / cycle très importantes. A noter aussi que les NCA acceptent moins de cycles que les NMC en moyenne.

[BaudouinLabrique]

Jusqu'ici je me baisais sur une méta-analyse suédoise (°) : son constate que le nombre de cycles maximum atteints est en chargeant entre 65 et 75 % (12.000 cycles) et en maintenant cette charge quand la voiture est au repos prolongé (comme chez soi)

« Charging Parameters - Cycles before capacity reduced to 85%

[nombre de cycles avant que la capacité de la batterie ne tombe à 85%] :

        100% — 25% - 2,010
        100% — 40% - 2,800
        100% — 50% - 2,800
        85% — 25% - 4,500
        75% — 25% - 7,100
        75% — 45% - 10,000
        75% — 65% - 12,000 »

www.cleantechnica.com/2018/08/26/the-secret-life-of-an-ev-battery/

 

N.B. par cycle il faut entendre un cycle complet de recharge.

 

(°) "Une méta-analyse est une méthode scientifique systématique combinant les résultats d'une série d'études indépendantes sur un problème donné, selon un protocole reproductible.

LA MÉTA-ANALYSE PERMET UNE ANALYSE PLUS PRÉCISE DES DONNÉES PAR L'AUGMENTATION DU NOMBRE DE CAS ÉTUDIÉS ET DE TIRER UNE CONCLUSION GLOBALE." (WIkipédia) (Mise en majuscules ajoutée)

Elle est donc bien plus crédible qu’une seule analyse.

En somme, je voudrais la confirmation qu'on peut optimiser le mieux  la durée de vie d'une batterie qui travaille peut (très peu de trajets) en la maintenant entre 75% et 65%

[GaelZorro26]

Oui, c'est bien connu depuis un moment en effet. Pour stocker un VE la meilleure chose est de le laisser branché avec la limite de charge entre 50 et 70%.

[MrFurieux]

Le 12/01/2023 à 17:07, BaudouinLabrique a dit :

En somme, je voudrais la confirmation qu'on peut optimiser le mieux  la durée de vie d'une batterie qui travaille peut (très peu de trajets) en la maintenant entre 75% et 65%

Attention, tout ça c'est des études plutôt NMC et NCA, pas LFP.

Les LFP sont de base déjà autour de 3000 cycles pour 0-100%, réduire l'amplitude des cycles n'a pas tellement d'intérêt pratique dans un VE, cf la conversion de cycles en km.

Et si on n'a que très peu de trajets

1) le VE n'est pas le véhicule idéal avec les technologies actuelles

2) l'important c'est pas les cycles, c'est le calendaire, donc c'est pas ce tableau qu'il faut regarder

 

Le 12/01/2023 à 17:38, GaelZorro26 a dit :

Oui, c'est bien connu depuis un moment en effet. Pour stocker un VE la meilleure chose est de le laisser branché avec la limite de charge entre 50 et 70%.

Pour voir ce qui se passe quand on laisse branché avec un SOC donné c'est ce tableau, et il indique qu'il faut descendre en tension (jusqu'à 60% et probablement en dessous c'est encore mieux), mais ça ne s'applique pas aux LFP qui ont une tension sous les 3,8V à 100% 

Modifié janvier 13, 2023 par MrFurieux

[BaudouinLabrique]

Le 13/01/2023 à 12:31, MrFurieux a dit :

Attention, tout ça c'est des études plutôt NMC et NCA, pas LFP.

Les LFP sont de base déjà autour de 3000 cycles pour 0-100%, réduire l'amplitude cycles n'a pas tellement d'intérêt pratique dans un VE, cf la conversion de cycles en km.

Et si on n'a que très peu de trajets

1) le VE n'est pas le véhicule idéal avec les technologies actuelles

2) l'important c'est pas les cycles, c'est le calendaire, donc c'est pas ce tableau qu'il faut regarder

 

Pour voir ce qui se passe quand on laisse branché avec un SOC donné c'est ce tableau, et il indique qu'il faut descendre en tension (jusqu'à 60% et probablement en dessous c'est encore mieux), mais ça ne s'applique pas aux LFP qui ont une tension sous les 3,8V à 100% 

 

N.B.
1° La méta-analyse suédoise que j'ai renseignée concerne bien les VE ("The Secret Life Of An EV Battery").
2° Concernant le vieillissement le calendaire, Nissan a annoncé que les batteries pouvaient tenir 22 ans : "https://www.lesnumeriques.com/voiture/batteries-nissan-leaf-auraient-duree-vie-22-ans-n87529.html"

 

[Remy]

Le 13/01/2023 à 12:59, BaudouinLabrique a dit :

Concernant le vieillissement le calendaire, Nissan a annoncé que les batteries pouvaient tenir 22 ans : "https://www.lesnumeriques.com/voiture/batteries-nissan-leaf-auraient-duree-vie-22-ans-n87529.html"

Pour une voiture qui fait 5 000 km par an, ça fait 110 000 km soit moins de 500 cycles de charge pour une batterie de 40 kWh.

Dans ce cas, le vieillissement calendaire est bien prépondérant.

[MrFurieux]

Le 13/01/2023 à 12:59, BaudouinLabrique a dit :

N.B.
1° La méta-analyse suédoise que j'ai renseignée concerne bien les VE ("The Secret Life Of An EV Battery").
2° Concernant le vieillissement le calendaire, Nissan a annoncé que les batteries pouvaient tenir 22 ans : "https://www.lesnumeriques.com/voiture/batteries-nissan-leaf-auraient-duree-vie-22-ans-n87529.html"

C'est vrai qu'on peut nuancer ce seuil des 3000 cycles: avec une petite batterie, un usage intensif, et en espérant une durée de vie supérieure à 15 ans, on peut penser dépasser les 3000 cycles, dans une petite citadine qui fait 150 km / jour par exemple. Mais la Leaf n'est pas le meilleur exemple de longévité

 

Le 13/01/2023 à 13:11, Remy a dit :

Pour une voiture qui fait 5 000 km par an, ça fait 110 000 km soit moins de 500 cycles de charge pour une batterie de 40 kWh.

Dans ce cas, le vieillissement calendaire est bien prépondérant.

Pour 5000 km / an c'est le vieillissement de tout ce qu'il y a autour de la batterie qui risque d'être prépondérant 🙂

[Remy]

Le 13/01/2023 à 14:28, MrFurieux a dit :

Pour 5000 km / an c'est le vieillissement de tout ce qu'il y a autour de la batterie qui risque d'être prépondérant 🙂

Dans ce cas, aucun intérêt que les batteries tiennent 22 ans quel que soit le kilométrage annuel.

[BaudouinLabrique]

Le 16/01/2023 à 11:17, Remy a dit :

Dans ce cas, aucun intérêt que les batteries tiennent 22 ans quel que soit le kilométrage annuel.

En fait c'est faux si on considère toute la durée de vie des batteries : recyclées,elles servent alors de batteries stationnaires encore fonctionnelles si on les a ménagées, ce qui garantit un recyclage optimum (entre autres écologique) :

 

"Le recyclage des batteries usées

Les batteries des véhicules électriques sont recyclables à l’infini, quel que soit le type de la batterie. Contrairement aux batteries thermiques, les batteries de voiture électrique peuvent être réutilisées. 

Même si ces dernières sont usées, elles restent tout de même très précieuses car elles sont utilisées pour stocker de l’énergie renouvelable produite par un particulier ou bien une entreprise, ou encore un gestionnaire de réseau électrique. Les batteries de véhicules électriques usées, mais encore fonctionnelles ont donc une seconde vie."

https://blog.euromaster.fr/conseils-experts/le-recyclage-des-batteries-de-vehicules-electriques

[MrFurieux]

Le 16/01/2023 à 12:44, BaudouinLabrique a dit :

En fait c'est faux si on considère toute la durée de vie des batteries : recyclées,elles servent alors de batteries stationnaires encore fonctionnelles si on les a ménagées, ce qui garantit un recyclage optimum (entre autres écologique)

Exactement, et même si on ne considère que l'intérêt égoïste du propriétaire une batterie qui a encore 10 ans de vie augmente la valeur de rachat d'un vieux VE vendu pour pièces, ou rend l'échange de batterie potentiellement moins cher. On peut même parler de réutilisation plutôt que de recyclage qu'on emploie plutôt pour la récupération des matériaux de base.

Modifié janvier 16, 2023 par MrFurieux

[triphase]

Le 13/01/2023 à 12:59, BaudouinLabrique a dit :

NNissan a annoncé que les batteries pouvaient tenir 22 ans : "https://www.lesnumeriques.com/voiture/batteries-nissan-leaf-auraient-duree-vie-22-ans-n87529.html"

Déjà, le titre est au conditionnel.

Ensuite, venant de Nissan dont les Leaf ont des batteries notoirement usables, c'est étrange.

Enfin, c'est juste une annonce, pas une garantie. Genre putaclic.

 

Et d'abord, que signifie "durée de vie" pour une batterie? Le temps avant qu'elle ne gonfle? Le temps au bout duquel il reste encore X% de SOH? Quel spec pour X?

 

Et comme dit en long en large et en travers, la température, le nombre de cycles, l'amplitude de cyclage, la chimie, tout ça influence la durée de vie.

 

Donc les 22 ans, c'est peut-être une batterie chargée à 50%, stockée à 0°C et jamais utilisée... Super utile!

 

J'ai chez moi des cellules 18650 pana de récup d'il y a au moins 15 ans. Faudrait que je les teste pour voir. Mais j'en utilise certaines de façon régulière (sans connaître la capa réelle restante) dans des lampes portables, une perceuse, des power bank...

Modifié janvier 25, 2023 par triphase

[Sylbel]

Le 13/09/2022 à 14:22, Yonick a dit :

Je mets ici un lien vers une thèse sur

Étude du vieillissement des batteries
lithium-ion dans les applications
"véhicule électrique" : Combinaison des effets
de vieillissement calendaire et de cyclage.

 

C'est à l'initiative de @bzz42 mais je post un sujet ici plutôt que de digresser dans un autre forum (là).

 

lien vers la thèse : ici.

 

J'ai parcouru / survoler le pavé, les points plus accessibles sont ici :

 

§4.4

§4.5

§5.4

§5.5

Annexe C.1

 

J'en retiens que l'on a surtout les chiffres pour des simulations d'usure à 60°C. La thèse reprend aussi les chiffres d'autres études qui ont été faites à 25°C et 45°C.

 

- Je retiens surtout que le vieillissement calendaire est d'abord ce qui impacte le plus les batteries (LFP et NMC).

- Ajouter à cela des cycles de charge/décharge qui majorent ce vieillissement calendaire, surtout pour les NMC.

- Le cyclage à lui seul impacte peu le vieillissement. (Ceci dit, compliqué d'évaluer juste le cyclage étant donné qu'il y aura nécessairement du calendaire avec).

- les batteries à forte auto-décharge se dégradent plus rapidement.

- Il vaut mieux stocker les batteries LFP à 100% ou à 50% plutôt qu'à 90% !

 

Je n'ai fait qu'une lecture à mon niveau.

Toutes les remarques sont les bienvenues.

Bonjour, je tombe sur votre post et je me permets de clarifier une chose importante.

Dans cette thèse qui commence à dater (5 ans), l'étudiant utilise des cellules Kokam, elles sont de type "poche".

Ce qui n'a rien à voir avec les cellules NMC des véhicules actuels (type prismatique).

Donc n'extrapoler pas à l'usage des VE recents.

Attention à la lecture d'une thèse d'un étudiant sans aucune expérience professionelle et à l'interprétation qu'un novice peut en faire..

Sylbel

Ingénieur en microélectronique