With the advent and increasing influence of lithium-ion batteries, it is imperative to devise the means for realizing a safe operation of the same. Battery modelling of lithium-ion cells is a means to comprehend the cell behaviour. A battery model includes both physical and mathematical modelling with each having their individual pros and cons. Depending on the scale of the battery model resolution the complexity and computational time increases. This thesis work deals with the development of a thermal model for 18650 cylindrical lithium-ion cells. This model encapsulates the thermal behaviour of the STB4 product at Atlas Copco and the battery model development has been done in conjunction with a 3D Computational Fluid Dynamic (CFD) analysis in Ansys Fluent to comprehend the heat distribution over the product surface and identify thermal bottlenecks. The model selection has been done based on the required level of functionality and its effect on the computational time. The proposed NTGK electrochemistry model in this thesis based on the Circuit Network solution method, provides an optimal balance between computational efficiency and model accuracy. The consolidated battery model and analysis results provide crucial insight towards the thermal patterns of the lithium cells and help indicate deviations in case of potential unsafe operation. The simulation model has been validated against the physical experimental tests performed on the battery pack and the STB4 provided by Atlas Copco. Finally, an approach towards a future software implementation of the developed model is outlined in this thesis. / Med tillkomsten och ökande inflytande av litiumjonbatterier är det absolut nödvändigt att utarbeta medel för att förverkliga en säker drift av desamma. Batterimodellering av litiumjonceller är ett sätt att förstå cellens beteende. En batterimodell inkluderar både fysisk och matematisk modellering där var och en har sina individuella för- och nackdelar. Beroende på storleken på batterimodellens upplösning ökar komplexiteten och beräkningstiden. Detta examensarbete behandlar utvecklingen av en termisk modell för 18650 cylindriska litiumjonceller. Denna modell kapslar in det termiska beteendet hos STB4-produkten hos Atlas Copco och utvecklingen av batterimodeller har gjorts i samband med en 3D Computational Fluid Dynamic (CFD)-analys i Ansys Fluent för att förstå värmefördelningen över produktytan och identifiera termiska flaskhalsar. Modellvalet har gjorts utifrån den funktionalitet som krävs och dess effekt på beräkningstiden. Den föreslagna NTGK elektrokemimodellen i denna avhandling baserad på lösningsmetoden Circuit Network, ger en optimal balans mellan beräkningseffektivitet och modellnoggrannhet. Den konsoliderade batterimodellen och analysresultaten ger avgörande insikt om litiumcellernas termiska mönster och hjälper till att indikera avvikelser i händelse av potentiell osäker drift. Simuleringsmodellen har validerats mot de fysiska experimentella testerna som utförts på batteripaketet och STB4 från Atlas Copco. Slutligen beskrivs ett tillvägagångssätt för en framtida mjukvaruimplementering av den utvecklade modellen i denna avhandling.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-347542 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Pandey, Protik |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| 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-EECS-EX ; 2024:104 |
Page generated in 0.0029 seconds