Loading...

Thermal Modeling and Simulation of a Lithium-ion Battery

Mohammadi, Mostafa | 2018

2068 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 50467 (06)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Chemical and Petroleum Engineering
  6. Advisor(s): Pishvaie, Mahmoud Reza
  7. Abstract:
  8. Today, considering the global demand for reducing greenhouse gas emissions, rechargeable batteries are considered as a source of energy in electric vehicles, hybrid electric vehicles and smart grids. In all these applications for secondary batteries, the battery management system requires an accurate estimate state of charge of each cell. However, this estimate is difficult particularly for battery aging. In this study, a lithium-ion battery is modeled by using multidimensional multiphysics modeling and simulated in a comsol. In this simulation, the effect of the thermal conductivity coefficient on the battery temperature, initial salt concentration in electrolyte and the rate of discharge of the battery have been investigated. And finaly it was found that higher discharge caused higher temperature of the battery. This temperature increase for a discharge rate of 3C is more than 8°C than 1C. Then, by use of the capabilities of the client-server comsol, this model is taken to the Simulink, and a extended kalman filter has been developed to estimate its state of chrge. For Soc estimating, SOC and voltage of the RC loop are considered as two system states. The results in this section provide an estimate of up to 1% error
  9. Keywords:
  10. Extended Kalman Filter ; Thermal Simulation ; Lithium Batteries ; COMSOL Software ; Mitigation ; Greenhouse Gases ; State of Change (SOC)Estimation

 Digital Object List

 Bookmark

  • تشكر و قدرداني:
  • چکیده
  • فهرست مطالب
  • فهرست جداول
  • فهرست شکل‌ها
  • فهرست علائم
  • فصل1 معرفی
    • 1-1 مقدمه
    • 2-1 باتری‌ها
      • 1-2-1 باتری‌های نسل دوم (قابل شارژ)
    • 3-1 باتری لیتیومی
  • جدول ‏1-1 مقایسه چند نمونه باتری [6]
    • 4-1 ضرورت انجام پروژه و ساختار رساله
      • 1-4-1
  • فصل2 مفاهیم اولیه و مدل‌سازی باتری‌ها
    • 1-2 مقدمه
    • 2-2 ادبیات و تعاریف اولیه
    • 3-2 مدل‌سازی باتری
      • 1-3-2 مدل‌های الکتروشیمیایی
        • 1-1-3-2 مدل تک‌عنصری
        • 2-1-3-2 مدل‌های الکترود متخلخل اهمی
        • 3-1-3-2 مدل‌های شبه دو بعدی
      • 2-3-2 مدل‌های چند فیزیکی
        • 1-2-3-2 مدل‌های حرارتی
    • 4-2 حالت شارژ
    • 5-2 روش‌های تخمین حالت شارژ
      • 1-5-2 روش‌های متداول
        • 1-1-5-2 روش ولتاژ مدار باز
        • 2-1-5-2 روش نیروی محرکه الکتریکی44F
        • 3-1-5-2 روش شمارش کولن49F
        • 4-1-5-2 روش مقاومت داخلی
        • 5-1-5-2 طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی50F
        • 6-1-5-2 تخمین حالت شارژ مبتنی بر مدل
      • 2-5-2 الگوریتم فیلتر تطبیقی
        • 1-2-5-2 کالمن فیلتر59F
        • 2-2-5-2 فیلتر کالمن توسعه یافته63F
        • 3-2-5-2 فیلتر کالمن نوع آنسِنتِد71F
        • 4-2-5-2 فیلتر کالمن نقطه سیگما77F
        • 5-2-5-2 فیلتر ذره ای79F
        • 6-2-5-2 فیلتر H∞
        • 7-2-5-2 حداقل مربعات برگشتی86F
      • 3-5-2 الگوریتم‌های آموزش
      • 4-5-2 مشاهده‌گرهای غیرخطی
  • فصل3 مدل‌سازی و شبیه‌سازی
    • 1-3 مقدمه
    • 2-3 عملیات سل باتری لیتیوم
    • 3-3 مدل ریاضی فرایندهای درون باتری لیتیومی
    • 4-3 شبیه‌سازی با کامسال
      • 1-4-3 تعریف مدل
        • 1-1-4-3 مدل سل
        • 2-1-4-3 مدل حرارتی
      • 2-4-3 شرایط مرزی
      • 3-4-3 مقادیر اولیه
      • 4-4-3 پارامترهای مدل
  • جدول ‏3-1 پارامترهای به کار رفته برای شبیه‌سازی
    • 5-3 رویکرد کارپذیر-کارگزار99F کامسال
      • 1-5-3 مزایای استفاده از کامسال کارپذیر-کارگزار
      • 2-5-3 Livelink برای متلب
    • 6-3 معماری کارپذیر-کارگزار کامسال
      • 1-6-3 کامسال مستقل
      • 2-6-3 اجرای کامسال به صورت کارپذیر-کارگزار
        • 1-2-6-3 اجرای کارپذیر-کارگزار کامسال بر روی کامپیوتر یکسان
        • 2-2-6-3 اجرای کارپذیر-کارگزار کامسال بر روی کامپیوترهای مختلف
        • 3-2-6-3 اجرای کارپذیر سبک102F
        • 4-2-6-3 اجرای کامسال با متلب
        • 5-2-6-3 ارزیابی داده ها در متلب
          • استخراج داده در نقاط دلخواه
          • استخراج داده در نقاط گره
          • دستور های مهم دیگر
      • 3-6-3 سیمولینک
        • 1-3-6-3 تابع S در سیمولینک
      • 4-6-3 فیلتر کالمن توسعه یافته
    • 7-3 نتیجه گیری
  • فصل4 نتایج
    • 1-4 مقدمه
    • 2-4 نتایج شبیه‌سازی کامسال
      • 1-2-4 تاثیر غلظت اولیه نمک الکترولیت
      • 2-2-4 بررسی اثر ضریب انتقال حرارت
      • 3-2-4 تاثیر نرخ C
    • 3-4 اعمال فیلتر کالمن توسعه یافته
    • 4-4 نتیجه‏گیری
    • 5-4 پیشنهادها و کارهای آتی
  • منابع
...see more