Thermal behaviour of Li-ion cell : Master Thesis project at Volvo GTT ATR

Abstract: Examensarbetet gjordes på Volvo Group Trucks Technology. Målet med arbetet var att studeravärmeutveckling i Li-jon cell för hybrid- och elbilar, HEV och EV. Battericeller undersöktesunder sina normala arbetsförhållanden och vid förstörande prov. Undersökningen baserades påcellernas yttemperatur. Arbetet beskrev cellernas beteende och syftade att vara ett underlag förkonstruktörer av batterisystem.En litteraturstudie gjordes för att studera faktorer som påverkar värmeutvecklingen. Sedananalyserades källor till samtliga faktorer. En moduleringsmetod för analys av cellensvärmeeffektivitet togs fram. Miljöpåverkan och ekonomiska aspekter av batterier undersöktes.Tre tester togs fram för att undersöka värmeutvecklingsfaktorer på fem celler. De flestafaktorerna var externa såsom laddning och urladdning, puls och kontinuerlig ström ochomgivningstemperatur. En infraröd kamera användes vid experimenten.Testerna visade hur olika faktorer påverkade cellernas temperatur. Vidare analys av källor visadekritiska områden i cellernas konstruktion.Förstörande värmeprov gjordes på tre par av celler. Dessa värmdes upp till 300°C vilketorsakade ”thermal runaway”. I vissa fall gick temperaturen över 600°C och celler fattade eld.Olika kemiska sammansättningar och uppbyggnad av cellerna gjorde att de betedde sig olika vidgenomförda tester.Testerna visade att olika celler presterade olika vid liknande testförhållanden. Därför är detviktigt att ta fram specifikationer för användningsförhållanden för att välja ut en cell för ettbatterisystem. Sedan kan prestandan av olika celler jämföras och effektivitet kan utvärderas församma belastningscyklar.Thermal Management System kan förhöja batteriets effektivitet och måste designas medanvändningsförhållanden i åtanke. Batteriernas säkerhet är väldigt viktig och människor får inteskadas av batterier. Därför måste säkerheten finnas i åtanke i alla steg av batteridesign.Arbetets resultat blev en sammanfattning av viktiga faktorer och specifikationer för batteridesignsom baserades på värmeutvecklingen. Samtliga riktlinjer sammanfattades i Appendix 5.