Ny modell för effektivare kylning av elbilsbatterier

onsdag, augusti 19, 2015

PRESSMEDDELANDE För höga temperaturer är en av de största säkerhetsriskerna för litiumjonbatterier i el- och hybridfordon. Temperaturförhållandena har även stor inverkan på hur batteriet åldras. Henrik Lundgren har tillsammans med Scania tagit fram en modell som effektiviserar utvecklingen av olika kylkoncept för dessa batterier.

Henrik LundgrenTemperatur är en av de faktorer som mest påverkar säkerhet, livslängd och prestanda hos litiumjon(Li-jon)-batterier, och är ett avgörande hinder på vägen mot ett marknadsgenomslag för el- och hybridfordon. Problemen växer i takt med batteriernas storlek, något som gör att fordonstillverkarnas behov av kunskap om de termiska processerna är stort.

-Temperaturen påverkar masstransporten, det vill säga jonernas färd genom batteriets elektrolyt, förklarar KTH-forskaren Henrik Lundgren. Ju lägre temperaturen är, desto längre tid tar masstransporten. Vid högre temperatur går processen snabbare, men även sidoreaktionerna, vilket leder till snabbare åldring och större risk för fel.

Henrik Lundgren har undersökt hur Li-jonbatterier påverkas av olika temperaturförhållanden och tagit fram nya verktyg för att analysera temperatureffekter. I samarbete med Scania har han utvecklat en termisk modell för att studera kylning av stora Li-jonbatterier. Modellen gör att batteriforskarna kan genomföra tester snabbare än tidigare och endast behöver göra ett fåtal mätningar genom simuleringar. Därmed kan man hitta problemområden redan i ett tidigt skede.

-Det är viktigt att ha en välfungerande process för att testa och utvärdera nya batterisystem, säger Pontus Svens, utvecklingsingenjör inom energilager på Scania. Henriks arbete är ett steg framåt i vårt arbete med termisk modellering. Det har gett oss förtroende för att använda den här typen av termisk modell i test av stora battericeller.

Temperaturfördelning i batteri
Temperaturfördelning i ett li-jonbatteri efter lastcykel i en laddhybridbil. Temperaturen kan vara avsevärt mycket högre inuti batteriet jämfört med på ytterhöljet, vilket leder till komplikationer som ökad åldring och är en potentiell säkerhetsrisk. I exemplet är temperaturen är närmare tio grader högre inuti batteriet jämfört med kylplattan som batteriet är monterat på. Bild © The Electrochemical Society

De resultat som forskarna fått med hjälp av modellen visar att avgörande skillnader i kylningen bara kan åstadkommas inuti själva batteriet – en åtgärd som kräver mycket nära samarbete mellan batteritillverkare och fordonsindustri. En sådan utveckling är knappast realistisk menar Henrik Lundgren, vilket gör det än mer angeläget för fordonstillverkarna att själva kunna genomföra effektiva studier.

På Scania kan man nu bygga vidare på Henrik Lundgrens modell för att pröva olika kylkoncept och göra ytterligare tester – ett led i ett större arbete med termisk modellering av stora batterier.

Henrik Lundgren försvarade nyligen sin avhandling ”Thermal Aspects and Electrolyte Mass Transport in Lithium-ion Batteries”. Studien som gjordes hos Scania ingick i hans doktorandprojekt.

Om projektet
Projektet ”Thermal aspects of Li-ion batteries in vehicle applications” har bedrivits på Skolan för kemivetenskap, Tillämpad elektrokemi, KTH, och är en del av Svenskt el- och hybridfordonscentrum (SHC).
För mer information kontakta Henrik Lundgren på 08-790 65 06 eller helun@kth.se.

Deltagare:
Henrik Lundgren, doktorand
Göran Lindbergh, handledare
Mårten Behm, bitr. handledare

Läs avhandlingen >>

BILDER

Henrik Lundgren. Foto: Tommy Zavalis

Text: Emilia Lundgren