Det överhängande behovet av att minska utsläppen av växthusgaser för att uppfylla Parisavtalet har väckt ett ökat intresse för elektrifiering som en strategi för att mildra klimatförändringarna. Litiumjonbatterier spelar en central roll vid elektrifiering och har framträtt som det primära alternativet för batteridrivna elfordon. Batteriernas livstidsprestanda är dock en avgörande faktor för att bestämma deras kostnad och miljömässiga hållbarhet. Även om snabbladdning är ett gångbart alternativ för de kunder som vill maximera drifttiden så leder laddning vid höga strömmar till förhöjd åldring genom nedbrytning av elektrodmaterialet och elektrolyten. Nyligen genomförda studier har visat att pulsade laddningscykler kan förlänga livslängden för litiumjonbatterier. Mot bakgrund av detta har denna studie genomförts för att undersöka effekterna av pulsad laddning på bibehållande av kapacitet samt inre motstånd hos litiumjonbatterier. Cylindriska NMC-celler har cyklats med laddningsprofilen PPC-CV (Positive Pulsed Current-Constant Voltage) och deras prestanda har jämförts med motsvarande hos konventionell konstant ström-konstant spänning-laddning (CC-CV). En ny metod utvecklades och implementerades för att utföra en pulsad laddningsprofil inom ett definierat SoC-fönster (State-of-Charge). Testobjekten cyklades kontinuerligt under intervaller om 4 veckor med avbrott för standardiserade referensprestandatester (RPT) för att beräkna standardkapaciteten och det inre motståndet. Därutöver utfördes inkrementell kapacitetsanalys (ICA) och elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) för att utöka analysen. Enligt resultat visar de celler som cyklats med PPC-CV-profilen liknande eller något minskad kapacitetsminskning samt en lägre ökning av internt motstånd efter ungefär 700 ekvivalenta cykler. 0,01-Hz PPC-CV-profilen uppvisade en kapacitetsminskning på 3,65%, 1-Hz PPC-CV-profilen en på 3,75%, 100-Hz PPC-CV- profilen en på 4,06% och CC-CV-profilen en på 4,05%. De interna resistanserna förblev lägre än BOL-mätningarna i PPC-CV-testfallen, medan CC-CV-läget visar en snabbare ökning av internt motstånd. Batteriets hälsotillstånd (SoH) hade dock bara nått 95% under denna testfas, vilket innebär att ytterligare studier krävs för att dra definitiva slutsatser om pulsladdningens effekt på batteriets livslängd. För att ytterligare förstå effekten av pulsade laddningsprofiler på livslängden hos litiumjonbatterier kan textmatrisen utökas till ett bredare spektrum av testförhållanden, såsom temperatur, strömamplitud, arbetscykel och SoC-fönster. / The urgent need to reduce greenhouse gas emissions in order to comply with the Paris Agreement has sparked an increased interest in electrification as a strategy to mitigate climate change. Li-ion batteries play a crucial role in electrification, and have emerged as the primary option for battery electric vehicles. However, their lifetime performance is a critical factor in determining their cost and environmental sustainability. Although fast charging presents a viable option for customers wishing to maximize operational time, charging at high currents accelerate aging through degradation of the electrode material and the electrolyte. Recent studies have found that pulse charging protocols can extend the cycle life of Li-ion batteries. In light of this, this study has been conducted to investigate the effects of pulse charging on the capacity retention and internal resistance of Li-ion batteries. Prismatic NMC Li-ion battery cells were cycled using the Positive Pulsed Current-Constant Voltage (PPC-CV) charging mode, and their performance has been compared to that of conventional Constant Current-Constant Voltage (CC-CV) charging. A novel method was developed and implemented to execute a pulse charging profile within a defined State-of-Charge (SoC) window. The test objects were continuously cycled over intervals of 4 weeks with interruptions for standardized Reference Performance Tests (RPTs) to calculate the stan- dard capacity and internal resistance. In addition, Incremental Capacity Analysis (ICA) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) were performed to ex- tend the analysis. According to results, cells cycled using the PPC-CV mode show similar or slightly reduced capacity fade and a lower increase in internal resistance after roughly 700 equivalent cycles. The 0.01-Hz PPC-CV mode exhibited a capacity fade of 3.65%, the 1-Hz PPC-CV mode 3.75%, the 100-Hz PPC-CV mode 4.06% and the CC-CV mode 4.05%. Internal resistances remained lower than the beginning of life measurements in the PPC-CV test cases, while the CC-CV mode shows a quicker increase in internal resistance. However, the battery State-of-Health (SoH) had only reached 95% during this testing phase, requiring further study to draw definitive conclusions regarding the impact of pulse charging on battery life performance. To further understand the impact of pulsed charging modes on Li-ion battery life performance, the text matrix may be extended to incorporate a broader range of test conditions, such as temperature, current amplitude, duty cycle and State-of-Charge (SoC) window.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-330289 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Strandberg, Josefin |
| Publisher | KTH, Kemiteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-CBH-GRU ; 2023:208 |
Page generated in 0.0032 seconds