• Refine Query
  • Source
  • Publication year
  • to
  • Language
  • 1
  • Tagged with
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • About
  • The Global ETD Search service is a free service for researchers to find electronic theses and dissertations. This service is provided by the Networked Digital Library of Theses and Dissertations.
    Our metadata is collected from universities around the world. If you manage a university/consortium/country archive and want to be added, details can be found on the NDLTD website.
1

Investigation of Battery Parameters for Li-ion Battery State of Health Estimation / Undersökning av batteriparametrar för uppskattning av litiumjonbatteriers hälsotillstånd

Söderhielm, Camilla January 2021 (has links)
Miljöpåverkan från konventionella förbränningsmotorer har bidragit till en övergång till elmotorer. I denna övergång spelar litiumjonbatterier en viktig roll som energilagringssystem, men på grund av sin reaktiva kemi kan de utgöra en säkerhetsrisk. I likhet med civilsamhället står Försvarsmakten inför ett skifte där förbränningsmotorer ska bytas ut mot el- och hybridmotorer. För en säker militär tillämpning är det därför viktigt att förstå hur litiumjonbatterier beter sig vid åldrande och bortom ramen för normal användning. Detta projekt syftar till att identifiera batteriparametrar (impedans, resistans, kapacitet och yttemperatur) att använda för bedömning av batteriets hälsotillstånd. Vidare syftar projektet till att värdera de identifierade batteriparametrarnas lämplighet för militära applikationer. Som en del av syftet undersöker detta projekt omgivningstemperaturens effekt på batteriparametrarna, samt använder batteriparametrarna för att uppskatta när ett batteri kan klassas som förbrukat. Kommersiella NMC/grafit-litiumjonbatterier åldrades genom full upp- och urladdning. Varje batteri utsattes för maximalt 250 upp- och urladdningscykler vid laddningsströmmar om 4 A och urladdningsströmmar om 10 A. Åldrandet övervakades genom regelbunden mätning av impedans, resistans, kapacitet och yttemperatur. Batterierna cyklades vid antingen 52 ± 3 °C, 21 ± 3 °C eller −15 ± 3 °C för att studera omgivningstemperaturens effekt på de undersökta batteriparametrarna. Impedansmätningar vid 980 Hz var stabilast med avseende på variationer i omgivningstemperatur samt batteriets laddningsnivå, och ansågs därför vara den lämpligaste batteriparametern att använda för uppskattning av batteriets hälsotillstånd när tillämpningen kräver stor flexibilitet. Förändringar i resistans och kapacitet vid givna omgivningstemperaturer ansågs å andra sidan bättre återspegla batteriets åldringsgrad. Därför ansågs resistans och kapacitet vara de lämpligaste batteriparametrarna för uppskattning av batteriets hälsotillstånd med avseende på precision. Mätning av yttemperatur gav otillräcklig information för att uppskatta batteriernas hälsotillstånd med precision. En sänkning av omgivningstemperaturen från 21 °C till −15 °C hade en stor påverkan på resistans och kapacitet; resistansen ökade medan kapaciteten minskade, vilket motsvarar en reducerad batteriprestanda. Med avseende på kapacitetsförlust så förbrukades inget av batterierna som förvarades i 21 °C under cyklingen. Batterier som förvarades i 52 °C och −15 °C var förbrukade efter 150–200 cyklingar. Med avseende på resistansökning var ett av batterierna som förvarades vid 21 °C förbrukat efter 200 cyklingar. Samtliga batterier förvarade vid 52 °C var förbrukade efter 150–200 cyklingar, medan batterier förvarade vid −15 °C var förbrukade efter 200–250 cyklingar. Slutligen, med avseende på impedansmätning vid 980 Hz så tog det 200 cyklingar tills dess att ett av batterierna som förvarades i 21 °C var förbrukat. Ett av batterierna som förvarades i 52 °C var förbrukat efter 150 cyklingar. Batterier förvarade vid −15 °C var förbrukade efter 200–250 cyklingar. / Environmental concerns associated with greenhouse gas emissions from conventional combustion engines have contributed to a transition towards electric mobility. In this transition, lithium-ion (Li-ion) batteries play an important part as an energy storage system. However, Li-ion batteries can pose a safety risk due to their reactive chemistry. The Swedish Armed Forces are approaching a transition towards electric mobility, therefore, understanding Li-ion battery behavior with regard to non-normal use and ageing is critical for safe military applications. This project aimed to identify and evaluate battery parameters (impedance, resistance, capacity and surface temperature) suitable for State of Health (SOH) estimation of Li-ion batteries in military applications. Furthermore, this project aimed to investigate the ambient temperature’s effect on battery parameters, and identify the battery’s end of life (EOL) based on battery parameter tracking. Commercial NMC/graphite Li-ion batteries were exposed to ageing through repeated charge and discharge cycles. A critical application was mimicked, where the batteries operated at 1C charge rate (4 A) and 2.5C discharge rate (10 A) between 100 % and 0 % state of charge, for up to 250 charge/discharge cycles. The ageing process was tracked through regular measurements of impedance, resistance, capacity and surface temperature. In order to investigate the ambient temperature’s effect on the investigated battery parameters, the batteries were aged at either 52 ± 3 °C, 21 ± 3 °C or −15 ± 3 °C. Impedance measured at 980 Hz was the most stable battery parameter with respect to variations in state of charge and temperature, and was therefore regarded as the most suitable parameter for SOH estimation with respect to flexibility. Measurements of resistance and capacity at given temperatures were likely reflecting electrochemical ageing phenomena more accurately, hence the most suitable battery parameters for SOH estimation with respect to accuracy. Tracking of surface temperature provided insufficient information for accurate estimation of the batteries SOH. Decreasing the ambient temperature from 21 °C to −15 °C had a major effect on capacity and resistance; the resistance increased and the capacity decreased, corresponding to a decrease in battery performance. With respect to capacity fade, neither of the batteries aged at 21 °C reached their EOL within 250 cycles, while batteries aged at 52 °C or −15 °C reached their EOL after 150–200 cycles. With respect to resistance, one battery kept at 21 °C reached their EOL after 200 cycles, all batteries kept at 52 °C reached their EOL after 150–200 cycles, and batteries kept at −15 °C reached their EOL between 200–250 cycles. Finally, with respect to impedance measured at 980 Hz, one battery kept at 21 °C reached their EOL after 200 cycles, one battery kept at 52 °C reached their EOL after 150 cycles, and batteries kept at −15 °C reached their EOL between 200–250 cycles.

Page generated in 0.0612 seconds