Lucas ALBUQUERQUE soutiendra sa thèse le jeudi 27 novembre 2025 à 10h – Salle C002 (salle des thèses) de l’ENSEEIHT, sur le sujet : Diagnostic de l’état de santé et pronostic du vieillissement de packs batteries lithium-ion de seconde vie pour l’étude systémique de micro-réseaux d’énergie.
Composition du jury :
Rapporteurs :
Delphine RIU, Professeure des Universités, Grenoble INP – G2ELAB.
Pascal VENET, Professeur des universités, École Centrale de Lyon – AMPERE.Examinateur :
Olivier BRIAT, Professeur des universités, Université de Bordeaux – IMS.
Directeurs de thèse :
Xavier ROBOAM, Directeur de Recherches CNRS, Toulouse INP – LAPLACE.
Christophe FORGEZ, Professeur des Universités, UTC – ROBERVAL.Membres invités :
Nicolas DAMAY, Maître de Conférences, UTC – ROBERVAL.
Fabien LACRESSONNIERE, Maître de Conférences, Université de Toulouse – LAPLACE
Résumé :
La transition énergétique est essentielle pour lutter contre le changement climatique, notamment pour atteindre l’objectif de limiter le réchauffement à 1,5°C fixé par les accords de Paris. Dans ce cadre, la réduction des émissions de carbone dans les transports, en particulier grâce aux véhicules électriques, est une solution clé. Cependant, la fabrication des batteries reste un défi majeur en raison de la forte dépendance aux matériaux rares. Le recyclage et la réutilisation de ces batteries deviennent donc des outils essentiels pour sécuriser l’approvisionnement et limiter les impacts environnementaux.
Lorsqu’une batterie de véhicule électrique atteint ~75 % de sa capacité initiale, elle est considérée comme étant en fin de vie pour cet usage. Toutefois, elle conserve encore un potentiel énergétique qui peut être exploité dans d’autres applications, comme le stockage stationnaire associé aux énergies renouvelables. Avec l’augmentation du nombre de véhicules électriques, le volume de batteries en fin de première vie augmentera considérablement, rendant crucial le développement de solutions optimisées pour leur seconde vie.
Cette thèse étudie les batteries de seconde vie sous plusieurs angles. Une première partie analyse leur vieillissement à l’échelle du pack, via une campagne expérimentale mettant en évidence les disparités de performance entre cellules et leur interaction avec le Battery Management System (BMS). Les résultats montrent une dégradation plus rapide sous cycles profonds, ainsi qu’une usure non uniforme des cellules.
Ensuite, différentes méthodes de diagnostic ont été évaluées pour déterminer rapidement l’état de santé des batteries, notamment deux approches basées sur l’analyse incrémentale de capacité (ICA), dont l’une permet le suivi du vieillissement à partir de charges ou décharges partielles. Des techniques complémentaires, comme l’analyse d’impédance, ont également été explorées pour mieux comprendre les mécanismes de dégradation.
Enfin, un modèle de vieillissement intégrant l’accélération en fin de vie a été développé puis intégré à un outil de simulation de microréseaux afin d’évaluer l’impact du vieillissement sur la rentabilité des batteries de seconde vie.
Les contributions de cette thèse incluent : une campagne expérimentale dédiée, l’analyse des disparités internes et de leur influence sur le BMS, le développement de méthodes de diagnostic adaptées, un modèle prédictif du vieillissement, ainsi que l’étude de l’intégration technico-économique de batteries de seconde vie dans un microréseau. Ces résultats ouvrent la voie à une utilisation optimisée et durable de ces systèmes.
Abstract :
The energy transition is crucial in the fight against climate change, especially in order to meet the goal of limiting global warming to 1.5°C as set out in the Paris Agreement. In this context, reducing carbon emissions in transportation, particularly through electric vehicles, is a key solution. However, the production of batteries remains a major challenge due to the high reliance on rare materials. Recycling and reusing these batteries are essential tools to secure the supply chain, ease the pressure on demand, and reduce environmental impacts.
When an electric vehicle battery reaches around 75% of its initial capacity, it is considered to be at the end of its life for that use. However, it still retains usable energy potential, which can be applied in other fields, such as stationary energy storage associated with renewable energy production. This extends its life and helps meet the growing demand for energy storage solutions.
Furthermore, with the increasing number of electric vehicles, many batteries will reach the end of their first life in the coming years, making it even more interesting. This thesis explores second-life batteries from several perspectives. The first part focuses on studying the aging of these systems at the pack level, especially through an experimental campaign aimed at analyzing the performance variations between cells and their interaction with the Battery Management System (BMS). The results show that packs subjected to deep charge and discharge cycles degrade more quickly, presenting an heterogeneous capacity and resistance distribution across the cells.
Next, different diagnostic methods were explored to quickly assess the health of batteries and facilitate their selection for second-life applications. Two approaches, based on incremental capacity analysis (ICA), were validated. One of them tracks aging through partial charge or discharge, providing an effective tool for sorting and assembling modules. Additionally, other techniques, such as impedance analysis, were investigated to better understand the degradation mechanisms and identify the operational limits of repurposed batteries. Finally, an aging model was developed, incorporating the acceleration of the process in the later stages of the battery’s life. This model was then integrated into a microgrid simulation tool to evaluate the impact of aging parameters on the profitability of second-life batteries. The analysis helps estimate their economic viability based on their initial condition and how they evolve over time.
This thesis contributes to the current literature in a few ways: it sets up an experimental aging campaign for battery packs, analyzes internal disparities and their effects on the BMS, develops and validates diagnostic methods for second-life batteries, creates a predictive aging model, and studies the integration of these batteries into a microgrid, with an assessment of their economic profitability. These findings provide new insights for optimizing the use of second-life batteries and their integration into sustainable microgrids.
