In dieser Arbeit stellen wir ein neuartiges mechanistisches Kalenderalterungsmodell für eine kommerzielle Lithium-Ionen-Zelle mit NCA-Kathode und Silizium-Graphit-Anode vor. Das mechanistische Kalenderalterungsmodell ist ein halb-empirisches Alterungsmodell, das auf den Gesundheitszustand der Komponenten und nicht auf die Kapazität parametrisiert ist.
Die Autoren: Alexander Karger, Julius Schmitt, Cedric Kirst, Jan Singer, Leo Wildfeuer, Andreas Jossen
In dieser Arbeit stellen wir ein neuartiges mechanistisches Kalenderalterungsmodell für eine kommerzielle Lithium-Ionen-Zelle mit NCA-Kathode und Silizium-Graphit-Anode vor. Das mechanistische Kalenderalterungsmodell ist ein semi-empirisches Alterungsmodell, das auf den Gesundheitszustand der Komponenten und nicht auf die Kapazität parametrisiert ist.
Aus den Degradationsmodi, die durch Anpassung der Elektrodenpotenzialkurven bei jeder Kontrollmessung berechnet werden, werden drei Komponenten des Gesundheitszustands abgeleitet. Die für die Modellparametrisierung verwendeten Alterungsdaten umfassen 672 Tage Lagerung bei 27 verschiedenen Kombinationen von Umgebungstemperatur(T amb) und Ladezustand (SOC).
To compensate for the influence of the check-up measurements on cell degradation, the aging data is pre-processed in two steps, considering immediate degradation caused by the check-up cycles and accelerated degradation during subsequent storage. The loss of active anode material is negligible during check-up-compensated calendar aging. For loss of lithium inventory and loss of active cathode material, Tafel and Arrhenius terms are successfully used to model T amb and SOC dependence. The mechanistic calendar aging model predicts the capacity with <1% mean deviation for 7 different storage conditions after 672 days without check-ups. The check-up compensation increases predicted lifetime by >150% for exemplary storage at T amb=60°C and SOC=50%.
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Alexander Karger ist Batterie- und Machine-Learning-Ingenieur bei TWAICE, wo er an der Entwicklung modernster Batteriemodelle für das elektrische, thermische und Alterungsverhalten arbeitet. Gleichzeitig promoviert er am Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik von Prof. Dr.-Ing. Andreas Jossen an der Technischen Universität München (TUM) und publiziert regelmäßig seine neuesten Erkenntnisse. Er hat einen Master in Luft- und Raumfahrttechnik und studierte an der TUM und der Universität Stuttgart. Seine Karriere umfasst Erfahrungen bei Porsche und GE Aviation. Er ist seit 2019 bei TWAICE tätig, ursprünglich um seine Masterarbeit abzuschließen.
Cedric Kirst ist Batterieingenieur bei der TWAICE Technologies GmbH, wo er seit August 2018 arbeitet. Außerdem ist er seit März 2023 als Associate Researcher am TUM-Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik tätig.
Cedrics beruflicher Werdegang umfasst eine bedeutende Zeit als Student Assistant an der Bundeswehr Universität München von Januar 2017 bis Oktober 2019. Wertvolle Branchenerfahrung sammelte er auch während seines Praktikums bei IBM Research Dublin, wo er an dem von der Europäischen Union finanzierten Projekt EnableS3 teilnahm.
Cedric hat einen Master of Science in Mechatronik, Robotik und Automatisierungstechnik von der Technischen Universität München, den er 2020 abschloss. Außerdem erwarb er 2018 einen Bachelor of Science in Ingenieurwissenschaften an der gleichen Hochschule.
Dr. Jan Singer ist Engineering Manager bei TWAICE, wo er sich hauptsächlich mit Labormessungen und Batteriemodellen beschäftigt. Bevor er 2019 zu TWAICE kam, war er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichersysteme, Institut für Photovoltaik, Universität Stuttgart, Deutschland. Während seines Promotionsstudiums unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Kai Peter Birke konzentrierte er sich auf den Nachweis von elektrochemischen Effekten, die durch Volumendehnungen induziert werden, und die Entwicklung neuer zerstörungsfreier Charakterisierungsmethoden für Lithium-Ionen-Zellen. Seine berufliche Laufbahn begann er 2006 als Mechatroniker bei Harman/Becker Automotive Systems. Im Jahr 2012 schloss er sein Bachelorstudium an der Hochschule Ulm ab. 2015 machte er an der Universität Stuttgart seinen Master of Science.