Parametrization of a Lithium-ion battery

Abstract: Batterimodeller används för att representera batterier. För ändamål som batterihanteringssystem används idag främst empiriska modeller som representerar ett batteri med en motsvarande kretsmodell. Några nackdelar för dessa modeller ligger i dess oförmåga att simulera interna tillstånd och en tidskrävande parametriseringsprocess. Dessa nackdelar motiverar ingenjörer att vända sig till modeller som är baserade på fysiska lagar som ett alternativ eftersom de kan ge insikt i vad som händer inuti batteriet. Batterimodellerna som är baserade på de fysiska lagarna har alltför krävande beräkningar för att kunna användas för vissa applikationer, som batterihanteringssystem. Singel-partikelmodellen (SPM) är en fysikbaserad modell som används i detta avhandlingsprojekt. Syftet med projektet var att hitta en metod för att parametrisera SPM för nya kommersiella cylindriska HTPFR18650 1100mAh 3.2V litiumjärnfosfatceller. En litteraturundersökning och experiment användes för att extrahera parametervärdena. 17 parametrar valdes från litteraturundersökningen eftersom de kunde användas för att parametrisera modellen. Geometriska parametrar hittades genom en cellöppning. Tre typer av icke-destruktiva experiment som var inspirerade av litteraturen utfördes för att extrahera värden för de andra icke-geometriska parametrarna. Ett cykeltest med låg strömhastighet utfördes för att få en pseudo-OCV-kurva och för att extrahera kapacitetsrelaterade parametrarna. En känslighetsanalys genomfördes för galvanostatisk intermittent titreringsteknik testet (GITT) och pulstestet för de parametrar som var kopplade till transportoch kinetiska fenomen. Python matematisk batterimodellering (PyBaMM) användes för att simulera experimenten. Parametersamlingen Prada 2013 användes som standardvärden. Standardvärdena för de valda parametrarna ersattes av de värden som hittades genom experiment. Känslighetsanalysen visade att några av de valda parametrarna var känsliga för experimenten medan andra inte var det. Parametrarna extraherades genom fysiska relationer och genom att anpassa parametervärde för simuleringen så att den passar den experimentella datan under urladdningsförloppet. Värden för 14 av de 17 parametrarna extraherades i metoden. Den parametriserade modellen validerades mot två potentiella applikationer, en för ett batterielfordon och den andra för ett mild-hybridfordon. Den parametriserade modellen visade att den negativa partikelradien inte kan hittas med den föreslagna parametriseringsmetoden. Simuleringen visade sig också matchade den experimentella datan bättre under urladdning av cellerna jämfört till uppladdning. Flera förbättringar för framtida arbete har föreslagits, såsom att utvidgning av känslighetsanalysen, att erhålla OCV-kurvan från GITT istället för att använda pseudo-OCVkurvan, att använda strängare gränser vid kurvanpassningarna samt att skapa mer optimala tester för att extrahera parametervärdena.