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PhD "CIFRE" position at UTC/Renault "Thermal design of Lithium battery for an electric vehicle" (closed)

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English version

  

1- Research areas 

General area :

The battery is known for its strict requirement of the lowest maximum allowed working temperature in the entire electric transmission chain assembly.  This poses a problem particularly in climates with extreme temperature variations (35-45°C in summer and 0 to -30°C during winter) and during fast recharging at a significant battery power level.

The battery is the one component whose life and energy capacity is most sensitive to its thermal state.

-       At high temperature : decrease in performance, affects battery life.

-       At low temperature : decrease in performance.

It is important to ensure that :

-   a. The interior of the battery be designed to allow the thermal energy to be extracted efficiently away from the battery interior towards the outer walls of the battery module (or the cell)

-   b. the extraction set-up allows an efficient evacuation of the thermal energy from the outer battery walls (or those of the cell) towards an external cooling source.

  

Areas of study :

The principal aims of this CIFRE thesis are:

We intend to analyze and quantify the thermal exchanges using modeling supplemented with experimental investigation, and look for optimal solution methods in order to improve the thermal behavior of the cell as well as of the overall module.

 


2- Industrial interest expected in the proposed thesis topic

The research conducted will allow us to propose an optimized design for the battery interior, in the neighborhood of the cells or the battery, while immediately taking into account the design constraints of rapid heat transfer during the two aforementioned situations.

 


3- Description of the different stages

  1. A review of existing literature on:
    1. Thermal characteristics (maximum allowable temperature,…) as a function of the individual technological details of potential cells
    2. Thermal characteristics of the contacts,
    3. Thermal behavior of the battery interior (taking cylindrical and prismatic shapes into consideration),
    4. Freezing mixtures.
  2. An analysis of the physical phenomena and a quantification of the order of magnitude of heat transfer transfers taking place in the battery.
  1. Modeling of the thermal battery, in particular taking into account contact thermal characteristics :
  2. Recommend an innovative and optimized design:

-   For the cell (contact zone)

-   For the overall module

-   For the freezing mixture

  1. Experimental investigation at Renault with a freezing mixture
  2. Preparing a technical report, highlighting the studies performed.


4- Contact information and general conditions
 

This is a CIFRE thesis co-supervised by Renault and Universite de Technologie de Compiegne, Roberval Laboratory (http://roberval.utc.fr)

CIFRE means a 3-year contract, attractive salary, part-time in industry and part-time at the University, more details may be found at http://www.anrt.asso.fr/fr/pdf/plaquette_cifre_complete_avril2009_GB.pdf

contact : piotr.breitkopf@gmail.com 

 

 

 

 

 

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French version

 

Conception thermique de batterie Lithium pour véhicule électrique

 

1- Thème de
recherche

Contexte
général
 :

La batterie est connue pour son niveau de température
de fonctionnement maximum autorisé qui est le plus bas niveau exigé sur l’ensemble
de la chaine de traction électrique.

Ceci pose problème notamment dans les ambiances de température
extrême (été 35-45°C et hiver de 0 à -30°C) et lors d’une recharge rapide où
les puissances sont importantes.

La batterie est le composant dont la durée de vie et la
capacité énergétique est la plus sensible à son état thermique.

-       Pour
une température élevé : Diminution de la performance et impact sur la
durée de vie

-       Pour
une température basse : Diminution de la performance 

Il est important que :

-   a.
la conception interne de la batterie soit conçue afin de permettre de dégager efficacement
l’énergie thermique de l’intérieur vers les parois extérieures du module (ou de
la cellule) de batterie

-   b.
le dispositif d’extraction permette d’évacuer efficacement l’énergie thermique
des parois externes du module (ou de la cellule) vers une source froide
extérieure.

Thème d’étude :

L’objectif de cette thèse Cifre :

Il s’agit d’analyser et de quantifier les échanges
thermiques par la modélisation complétée par des mesures expérimentales, de
rechercher des solutions techniques optimales pour améliorer le comportement
thermique de la cellule et du système global.

 

2- Intérêt du travail de recherche pour l’entreprise

Ce travail de recherche doit nous permettre de proposer
un concept interne optimisé, au voisinage des cellules ou de la batterie,
prenant en compte très tôt les contraintes de fort dégagement de chaleur
pendant les cas cités ci-dessus.

 

3- Description
des différentes étapes

  1. Etude
    de bibliographique sur :
    1. Les
      caractéristiques thermiques (température maximale admissible,…) en
      fonction des différentes technologies de cellules potentielles
    2. la
      thermique de contacts,
    3. la
      thermique à l’intérieur de la batterie (en prenant en
      compte des formes de type cylindrique et prismatique),
    4. les solutions
      de refroidissement des batteries.
  2. Analyse
    des phénomènes physiques et quantification de l’ordre de grandeur des
    transferts de chaleur en présence dans la batterie.
  1. Modélisation
    de la thermique batterie prenant en compte notamment la thermique de
    contact :
  2. Proposition
    d’un concept innovant et optimisé :

-   Au
niveau cellule (Zone de contact)

-   Au
niveau module

-   Au
niveau système de refroidissement

  1. Etude
    expérimentale chez Renault avec une solution de refroidissement

 

 4- Contact et conditions 

Cette thèse CIFRE sera codirigée par Renault et l'Universite de Technologie de Compiegne, Laboratoire Roberval (http://roberval.utc.fr)

descriptif du dispositif CIFRE : http://www.anrt.asso.fr/fr/pdf/plaquette_cifre_complete_avril2009.pdf

contact : piotr.breitkopf@gmail.com 

  

 

 

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