Ingenjörsverktyg för Li-jonbatterier Mårten Behm och Göran Lindbergh KTH Energirelaterad fordonsforskning 2014
Ingenjörsverktyg för Li-jonbatterier Tidsplan Etapp I: 2013-11-01 – 2015-01-31 Etapp II: 2015-01-01 – 2019-06-30 Finansiering Batterifonden 1 966 kkr + 9 041 kkr Mål Projektet syftar till att ta ett avgörande steg framåt mot fysikaliskt grundade modeller för att förutsäga åldring och prestanda hos Li-jonbatterier som funktion av driftförhållanden, komponentmaterial och cellutformning.
Bakgrund Det finns ett stort behov av metoder och verktyg för att förutsäga batteriers livslängd och hur denna beror av materialval, design och driftsbetingelser. Etablerade metoder för detta saknas. Man är därför hänvisad till att långtidstesta batterierna under relevanta betingelser. Ett avsevärt hinder är den livslängd som krävs i storskaliga tillämpningar (över tio år). I många tillämpningar är den stora mängden möjliga driftfall som bör testas ett ytterligare hinder. Acceleration av åldringen (höjd temperaturen, onormalt höga strömbelastningar) har begränsat värde eftersom det aktiverar andra processer än de som bestämmer livslängd vid normala betingelser. Situationen förvärras av att batteritillverkarna utvecklar och uppdaterar sina produkter i sådan takt att de som nu finns på marknaden inte har långtidstestats så länge som avnämarna kräver. Detta leder till att man är tvungen att köpa grisen i säcken och inte kan göra tillförlitliga tekniska och ekonomiska kalkyler.
Delprojekt Utveckla och använda metoder för att ta fram experimentellt underbyggda modeller för de viktigaste åldringsprocesserna. Ta fram resultat för en kombination av komponentmaterial av relevans för fordon och andra storskaliga tillämpningar. Utveckla fysikaliskt baserade prestandamodeller för battericeller, genom att ta fram experimentellt underbyggda data för komponentmaterial och delprocesser. Modellerna ska kunna innefatta temperatur såväl som battericellernas storlek och geometriska form. Föra samman resultaten från de ovanstående delprojekten till ett verktyg för att förutsäga åldring och prestanda över tid.
Experimentell framtagning av parametrar som beskriver batteriåldring – cykling av battericell
Experimentell framtagning av parametrar som beskriver batteriåldring – strömverkningsgrad
Experimentell framtagning av parametrar som beskriver batteriåldring – förlust av kapacitet
Experimentell framtagning av parametrar som beskriver batteriåldring – identifiering av orsak
Simulering av prestanda och åldring med fysikaliskt baserad modell – battericykling
Simulering av prestanda och åldring med fysikaliskt baserad modell – åldring
Simulering av prestanda och åldring med fysikaliskt baserad modell – kapacitetsförlust
Projektets långsiktiga vision Den långsiktiga visionen är att ta fram vetenskapligt underbyggda ingenjörsverktyg som möjliggör för fordonstillverkare att förutsäga batteriers prestanda och åldring. Dessa verktyg ska vara användbara vid såväl val och dimensionering av energiläget som implementering av styrsystem som bidrar till optimal batterianvändning.