Stage : Expérimentation et simulation numérique de l'emballement thermique des batteries au Lithium H/F
Le laboratoire d'études de DYNamique (DYN) est en charge de la R&D en mécanique dynamique, incluant la réalisation d'essais (plateforme RESEDA), le développement de modèles et leur intégration dans des outils de simulation (EUROPLEXUS et Cast3M). Le code de calcul EUROPLEXUS dédié simulation en dynamique rapide adresse des problématiques telles que le choc, l'impact, l'explosion, ... en structure, en fluide et en IFS.3 autres laboratoires sont associés au projet :- Le LAboratoire de Thermohydraulique et mécanique des Fluides (LATF) développe des modélisations thermohydrauliques des composants des chaufferies nucléaires. Il s'intéresse en particulier au risque d'explosion H2 et à sa modélisation via des codes de calcul et des expérimentations (tube à choc).- Le Laboratoire d'Analyse électrochimique et Post-mortem (LAP) est un laboratoire expérimental dédié aux études du comportement des batteries et des piles à combustible PEMFC : étude de la performance, du vieillissement et de la sécurité au travers d'une plateforme d'essais abusifs jusqu'à 1 kWh.- Le Laboratoire de Modélisation Multi-physique des Piles à combustible et des batteries Li-ions (LMP) développe une approche de modélisation multi-échelle des piles à combustible PEMFC et des batteries Li-ions : compréhension des phénomènes physiques et l'optimisation des performances, compréhension des mécanismes de dégradation et la prédiction de la durée de vie, simulation de la sécurité des batteries.
Thermohydraulique et mécanique des fluides
Post-doctorat
Expérimentation et simulation numérique de l'emballement thermique des batteries au Lithium H/F
Développement de la modélisation et de la simulation numérique du phénomène d'emballement thermique des batteries au Lithium en corrélation avec les essais expérimentaux
12 mois
Les batteries au lithium constituent aujourd'hui une technologie incontournable pour répondre au fort enjeu du stockage de l'énergie électrique. Cependant des sollicitations sévères de batteries Li peuvent conduire à un phénomène d'emballement thermique, pouvant aller jusqu'à un départ de feu voire une combustion explosive de la cellule ou du pack batterie. L'objectif de ce postdoctorat consiste à développer une stratégie de modélisation et de simulation numérique du phénomène d'emballement thermique des batteries Li soumises à des sollicitations sévères, dans le but de mieux comprendre le phénomène, estimer le risque de propagation thermique du fait de la combustion des gaz, ou encore étudier les conséquences mécaniques de l'emballement (interaction fluide structure). Cette stratégie s'appuiera sur des campagnes d'essais expérimentaux réalisées dans le cadre du postdoc, et sur les outils numériques développés au CEA.
Les travaux s'organiseront en 3 volets :
1. Comprendre, maîtriser et modéliser les différentes phases du scénario, en particulier la phase de combustion, en se basant sur des campagnes d'essais destinées à caractériser ces phases. 2 types d'essais seront réalisés : tests abusifs sur batteries de type 18650 (température, pression, gaz, énergies thermiques libérées, combustion), essais de combustion et d'interaction fluide-structure dans une installation de type tube à choc (propriétés des mélanges de gaz explosifs, validation des modèles).
2. Développer un modèle numérique représentatif des phénomènes identifiés dans le 1er volet, sur la base des outils numériques du CEA, en particulier EUROPLEXUS et CAST3M. Dans un 1er temps, l'interaction fluide-structure ne sera pas considérée. Si nécessaire, il faudra adapter, améliorer et/ou développer de nouveaux modèles ou fonctionnalités, avec vérification et validation sur la base des résultats expérimentaux. Une feuille de route d'évolution des outils à moyen et long terme sera proposée.
3. Introduire la composante interaction fluide structure dans le modèle numérique, pour prendre en compte la déformation éventuelle de l'enveloppe de la batterie et/ou du pack, sous l'action de la montée en pression induite par l'emballement thermique (dégagement de gaz + combustion). Pourront être investiguées en particulier les méthodes de couplage disponibles dans EUROPLEXUS (ALE, frontières immergées).
Les résultats de ce post-doctorat devront permettre au final d'évaluer les capacités des outils actuels pour simuler le phénomène d'emballement thermique des batteries au Lithium et d'orienter le développement de méthodes numériques et des codes de calcul pour les années à venir afin d'améliorer leur prédictivité sur cette problématique nouvelle. Des publications seront proposées dans des revues internationales ciblées, ainsi que des présentations dans des conférences.
Le postdoctorant sera localisé à Saclay avec des missions régulières sur le site de Grenoble (réalisation des essais).
Cast3M, EUROPLEXUS, tube à choc, plateforme abusive
Un doctorat en combustion, mécanique des fluides ou mécanique des structures est obligatoire. Des compétences en simulation numérique sont nécessaires ainsi qu'en développement logiciel. Le candidat doit également avoir un attrait certain pour l'expérimentation.
24-03-2024
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