Alterungsmodelle sind grundlegende Instrumente zur Optimierung der Anwendung von Lithium-Ionen-Batterien. In dieser Arbeit zeigen wir, dass die CAP-Methode den Kapazitätsabfall genauer modelliert, wenn sie auf dynamische zyklische Alterungstests mit periodisch wechselnden mittleren Ladezuständen, Entladetiefen, Umgebungstemperaturen und Entladeraten für eine kommerzielle NCA-Zelle mit einer siliziumdotierten Graphitanode angewendet wird.
Forschungspapiere
Modellierung des Kapazitätsabfalls von Li-Ionen-Batterien
Modellierung des Kapazitätsabfalls von Lithium-Ionen-Batterien beim dynamischen Zyklus unter Berücksichtigung der Pfadabhängigkeit
Alexander Karger, Leo Wildfeuer, Deniz Aygül, Arpit Maheshwari, Jan P. Singer, Andreas Jossen.
Höhepunkte
- Zwei Methoden zur Modellierung des Kapazitätsabfalls im dynamischen Betrieb werden verglichen.
- Die aktuelle Kapazität anstelle des Ladedurchsatzes als Referenzpunkt ist genauer.
- Experimentelle Validierung mit einer kommerziellen NCA-Zelle mit siliziumdotierter Graphitanode.
- Nicht-kommutative Kapazitätsausblendung als unzureichendes Zeichen der Pfadabhängigkeit.
Abstrakt
Alterungsmodelle sind wichtige Instrumente zur Optimierung der Anwendung von Lithium-Ionen-Batterien. Normalerweise werden Alterungsmodelle bei konstanten Lagerungs- oder Zyklusbedingungen parametrisiert, während sich die Lagerungs- und Zyklusbedingungen während der Anwendung ändern können. In der Literatur werden zwei verschiedene Methoden zur Modellierung des Kapazitätsabfalls während eines solchen dynamischen Betriebs vorgeschlagen. Diese Methoden verwenden entweder den kumulierten Ladedurchsatz (CCT-Methode) oder die aktuelle Kapazität (CAP-Methode) als Referenzpunkte, wenn sich die Alterungsbedingungen ändern.
In dieser Arbeit zeigen wir, dass die CAP-Methode den Kapazitätsabfall genauer modelliert, wenn sie auf dynamische zyklische Alterungstests mit periodisch wechselnden mittleren Ladezuständen, Entladetiefen, Umgebungstemperaturen und Entladeraten für eine kommerzielle NCA-Zelle mit einer siliziumdotierten Graphitanode angewendet wird. In Fällen, in denen der Unterschied zwischen dem tatsächlichen und dem Referenz-Ladedurchsatz der CAP-Methode groß wird, wird der Kapazitätsgradient jedoch mit der CCT-Methode genauer modelliert. Da der relative Kapazitätsfading-Fehler der CAP-Methode mit 6 % gering ist, gehen wir davon aus, dass sich das Kapazitätsfading bei den dynamischen zyklischen Alterungstests pfadunabhängig verhält, da die CAP-Methode Pfadunabhängigkeit durch Historienunabhängigkeit voraussetzt.
Da der gemessene Kapazitätsabfall nicht-kommutativ ist, was manchmal als pfadabhängig bezeichnet wird, empfehlen wir, den nicht-kommutativen Kapazitätsabfall nicht als definitives Zeichen für eine pfadabhängige Verschlechterung zu betrachten.
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