<h4>A generalized physics-based modeling framework is presented to analyze: (a) the effects of temperature on identified degradation mechanisms, (b) interfacial debonding processes, including deterministic and stochastic mechanisms, and (c) establishing model performance benchmarks of electrochemical porous electrode theory models, as a necessary stepping stone to perform valid battery degradation analyses and designs. Specifically, the effects of temperature were incorporated into a physics-based, reduced-order model and extended for a LiCoO₂ -graphite 18650 cell. Three dimensionless driving forces were identified, controlling the temperature-dependent reversible charge capacity. The identified temperature-dependent irreversible mechanisms include homogeneous SEI, at moderate to high temperatures, and the chemomechanical degradation of the cathode at low temperatures. Also, debonding of a statistically representative electrochemically active particle from the surrounding binder-electrolyte matrix in a porous electrode was modeled analytically, for the first time. The proposed framework enables to determine the space of C-Rates and electrode particle radii that suppresses or enhances debonding and is graphically summarized into performance–microstructure maps where four debonding mechanisms were identified, and condensed into power-law relations with respect to the particle radius. Finally, in order to incorporate existing or emerging degradation models into porous electrode theory (PET) implementations, a set of benchmarks were proposed to establish a common basis to assess their physical reaches, limitations, and accuracy. Three open source models: dualfoil, MPET, and LIONSIMBA were compared, exhibiting significant qualitative differences, despite showing the same macroscopic voltage response, leading the user to different conclusions regarding the battery performance and possible degradation mechanisms of the analyzed system.</h4>

A common architecture for electric vehicles is to have two electric machines one each on the front and rear axle. Despite the redundancy, this configuration ensures performance. Being energy efficient is equally important for electric vehicles to deliver a sufficiently high range. Hence, operating a single machine at low to medium torque requirement is desirable. A clutch can be implemented on the front axle and its engagement dynamically controlled to reduce the magnetic drag losses in the front machine. With clutch disengaged, the entire torque will be delivered by the rear machine causing it to heat up quickly. As electric machine and inverter losses are also temperature dependent, this work attempts to derive an optimal torque split strategy between the two machines considering thermal effects. An upper-temperature limit for both electric machine and inverter is imposed for component protection. Thermal models for the electric machine, inverter and coolant circuit are simplified using system identification and model order reduction approach. Dynamic optimal torque split is realized by minimizing the energy loss over the entire drive cycle. Dynamic programming is used to investigate the benefits of including thermal losses and to generate a benchmark solution for optimal torque split strategy. Further, two online controllers are developed, one based on non-linear model predictive control and the other being a static controller with added heuristic rules to prevent temperatures of critical components to exceed the limits. A high-fidelity plant model was developed using VSIM as master and GT-Suite thermal model as slave to compare the performance of these controllers. The results show that it is possible to obtain decent thermal performance of electric motor and inverter with one node lumped parameter thermal model and a five-node lumped parameter model for the coolant circuit. Including thermal dynamics in the controller can constraint the temperature within the limits and give an optimal torque split. The benefit of adding temperature-dependent thermal maps is found to be limited to certain operating regions. The static controller with torque split based on instantaneous power loss also performed well for the given configuration. The major contribution to energy saving was obtained by dynamic disengagement of clutch in the form of reduced magnetic drag losses. / En vanlig arkitektur för elfordon är att ha två elmaskiner en vardera på fram- och bakaxeln. Trots redundansen säkerställer denna konfiguration prestanda. Att vara energieffektiv är lika viktigt för att elfordon ska leverera en tillräckligt hög räckvidd. Det är därför önskvärt att driva en enda maskin med lågt till medelhögt vridmoment. En koppling kan implementeras på framaxeln och dess ingrepp kan styras dynamiskt för att minska de magnetiska motståndsförlusterna i den främre maskinen. Med kopplingen urkopplad kommer hela vridmomentet att levereras av den bakre maskinen vilket gör att den snabbt värms upp. Eftersom förluster av elektriska maskiner och växelriktare också är temperaturberoende, försöker detta arbete härleda en optimal vridmomentsdelningsstrategi mellan de två maskinerna med tanke på termiska effekter. En övre temperaturgräns för både elektrisk maskin och växelriktare är införd för komponentskydd. Termiska modeller för den elektriska maskinen, växelriktaren och kylvätskekretsen förenklas med hjälp av systemidentifiering och modellbeställningsreduktion. Dynamisk optimal vridmomentdelning realiseras genom att minimera energiförlusten under hela körcykeln. Dynamisk programmering används för att undersöka fördelarna med att inkludera termiska förluster och för att generera en benchmarklösning för optimal vridmomentsdelningsstrategi. Vidare utvecklas två online-styrenheter, en baserad på icke-linjär modell för prediktiv styrning och den andra är en statisk styrenhet med tillagda heuristiska regler för att förhindra att temperaturer på kritiska komponenter överskrider gränserna. En högfientlig anläggningsmodell utvecklades med VSIM som master och GT-Suite termisk modell som slav för att jämföra prestandan hos dessa styrenheter. Resultaten visar att det är möjligt att erhålla hyfsad termisk prestanda för elmotor och växelriktare med en termisk modell med en nodklumpad parameter och en femnodsmodell med klumpparametrar för kylvätskekretsen. Att inkludera termisk dynamik i regulatorn kan begränsa temperaturen inom gränserna och ge en optimal vridmomentfördelning. Fördelen med att lägga till temperaturberoende termiska kartor har visat sig vara begränsad till vissa driftsområden. Den statiska styrenheten med vridmomentdelning baserad på momentan effektförlust fungerade också bra för den givna konfigurationen. Det största bidraget till energibesparingen erhölls genom dynamisk urkoppling av kopplingen i form av minskade magnetiska motståndsförluster.

This thesis presents a modelling approach of laser welding process of aluminium alloy from the thermo-mechanical point of view to evaluate the occurrence of hot cracking based on simulation results and relevant criteria. The model was created stepwise in COMSOL Multiphysics, starting with the thermal model where heat conduction of solid and liquid phase was computed. Then the CFD model was created by involving the driving forces of liquid motion in the weld pool, i.e. natural convection and Marangoni effect. Lastly, the temperature profile calculated by the CFD model was loaded into the mechanical model for computation of thermal stress and strain. The mechanical results were required in  criteria for measuring the  susceptibility of hot cracking. The main findings include that Marangoni effect plays a dominant role in generating the fluid flow and convective heat flux in the weld pool, thus enhancing the heat dissipation and lowering temperature in the workpiece. By contrast, such temperature reduction caused by the air convection, radiation and natural convection is negligible. The welding track further from the clamped side experiences smaller transversal residual stress, but it does not necessarily suggest higher susceptibility to hot cracking according to the applied criteria. It can be concluded judging from current results that these first models of laser welding process work satisfactorily. There is still a work to do to obtain the full maturity of this model due to its limitation and some assumptions made for simplicity. / Denna avhandling presenterar en modelleringsmetod för lasersvetsningsprocessen av aluminiumlegering ur termomekanisk synvinkel för att utvärdera förekomsten av het sprickbildning baserat på simuleringsresultat och relevanta kriterier. Modellen skapades stegvis i COMSOL Multiphysics, med början med den termiska modellen där värmeledning av fast och flytande fas beräknades. Sedan skapades CFD-modellen genom att involvera drivkrafterna för flytande rörelse i svetsbassängen, dvs. naturlig konvektion och Marangoni-effekt. Slutligen laddades temperaturprofilen beräknad av CFD-modellen in i den mekaniska modellen för beräkning av termisk stress och töjning. De mekaniska resultaten krävdes i kriterier för att mäta känsligheten för het sprickbildning. De viktigaste resultaten inkluderar att Marangoni-effekten spelar en dominerande roll när det gäller att generera vätskeflödet och konvektivt värmeflöde i svetsbassängen, vilket förbättrar värmeavledningen och sänker temperaturen i arbetsstycket. Däremot är sådan temperaturreduktion orsakad av luftkonvektion, strålning och naturlig konvektion försumbar. Svetsbanan längre från den fastspända sidan upplever mindre tvärgående restspänning, men det föreslår inte nödvändigtvis högre känslighet för hetsprickning enligt de tillämpade kriterierna. Man kan dra slutsatsen utifrån aktuella resultat att dessa första modeller av lasersvetsningsprocesser fungerar tillfredsställande. Det finns fortfarande ett arbete att göra för att få full mognad för denna modell på grund av dess begränsning och vissa antaganden för enkelhetens skull.

Systematické řízení tepelných a elektrických toků v plně elektrických automobilech se stává velmi důležitým, protože v těchto typech automobilů není k dispozici dostatek odpadního tepla pro vytápění kabiny. Aby v zimním období nedocházelo ke snížení dojezdu, je nutné použití technologií, které umožní snížení spotřeby energie nutné k vytápění kabiny (např. tepelné čerpadlo, zásobník tepla). Je také zapotřebí vytvořit řídicí algoritmy pro tato zařízení, aby byl zajištěn jejich optimální provoz. V letním období je nezbytné řídit tepelné toky v rámci elektromobilu tak, aby nedocházelo k nadměrnému vybíjení baterie kvůli chlazení kabiny a dalších částí. Tato práce řeší jak návrh řídicích algoritmů, tak i vývoj rozhodovacího algoritmu, který zajistí směřování tepelných toků.