Frequency and Temporal Identification of a Li-ion Polymer Battery Model Using Fractional Impedance Identification fréquentielle et temporelle d’un modèle de batterie Li-polymère utilisant une impédance fractionnaire

Abstract

The modelling of high power Lithium batteries may work as a powerful tool in the sizing of batteries pack in hybrid vehicles. Moreover, this tool can be used to evaluate accurately the battery characteristics at each level of its lifetime. Until now, the model structure differs according to its end-use due to simulation limitation. Indeed, impedance measurements obtained by electrochemical impedance spectroscopy needs non-integer order impedance in order to correctly model diffusive phenomenon. However, this impedance cannot be simulated easily in software dedicated to hybrid vehicles and needs approximations. Furthermore, impedance measurements are realised with low currents comparing to currents that are forecast in normal uses of high power batteries and can induce errors if the impedance is varying with the current. This paper deals with non linear dynamic models that use band-limited frequency impedance with non-integer order. The parameters are identified partly by impedance measurements for high frequencies and partly by chronopotentiometry measurements for low frequencies. Validation tests are made with staircase of high intensity and current profile simulated on a hybrid vehicle software. The hypothesis of non-linearity is verified. La modélisation des batteries lithium de fortes puissances est un moyen performant de dimensionner le pack de batterie des véhicules hybrides. De plus, cet outil peut être utilisé pour évaluer précisément les caractéristiques d’une batterie à chaque étape de sa vie. Jusqu’à maintenant, les structures de modèles diffèrent selon l’utilisation du modèle et les limitations de la simulation. Il apparaît au travers des mesures de spectroscopie d’impédance que le modèle doit comprendre une impédance d’ordre non entier. Or, ce type d’impédance ne peut pas être simulé par les logiciels dédiés aux véhicules hybrides et nécessite donc une approximation. Par ailleurs, les mesures d’impédance sont réalisées à faibles courants par rapport aux intensités observées en usage normal, ce qui peut induire des erreurs de modélisation dans le cas où l’impédance varie avec le courant. Ce papier présente un modèle qui utilise une impédance d’ordre non entier de gamme de fréquence bornée et qui prend en compte le phénomène de non linéarité. Les paramètres sont identifiés partiellement par spectroscopie d’impédance pour la partie haute fréquence et par chronopotentiométrie pour la partie basse fréquence dans une large gamme d’intensité. Le modèle est validé avec des échelons de courant de fortes intensités et un profil de courant simulé sur un logiciel de simulation de véhicule hybride. L’hypothèse de non linéarité est vérifiée.