Caracterización de los parámetros internos de baterías en función del envejecimiento

Abstract

[ES] El Proyecto consiste en el estudio y la caracterización de una serie de diferentes baterías suministradas por la Universidad Insa Lyon y el laboratorio Ampere de Lyon. El estudio se hará sobre dos juegos de tres baterías de diferente edad (SoH), permitiendo así la comparación de los parámetros eléctricos de la batería medidos a través del Modelo del Circuito Eléctrico Equivalente (ECM) y la aplicación de un análisis numérico.

El trabajo depende de una serie de pruebas que permitirán evaluar los parámetros ECM de cada batería: ¿ Test de perfil HPPC:¿ Caracterización a través de pulsación híbrida¿ consiste aplicar una corriente 3C (tres veces la capacidad del módulo) durante intervalos de 10 segundos seguidos por una relajación de 3 minutos. Dichos intervalos serán tanto de carga como de descarga con el objetivo de mantener el estado de carga intacto. A continuación, se realiza una descarga de 6 minutos a 1C para reducir el estado de carga un 10%. De esta forma se realiza un análisis de la respuesta del voltaje ante los impulsos de frecuencia para los distintos niveles de carga de la batería y para 3 temperaturas. SoC [0,9: 0,1] para T [12, 25, 40]. ¿ SoC vs OCV: Esta prueba es una base para la prueba anterior ya que muestra el voltaje OCV de la batería ante distintos estados de carga. También permitirá hacer una comparación entre el estado de la batería real ante el envejecimiento y el catálogo dado por el fabricante. Teniendo la información correspondiente, el estudiante hará uso del programa MATLAB usando el método de la Desviación de la Raíz Cuadrada. Este método ajusta los parámetros para obtener un resultado más exacto. Por otro lado, se hará uso del programa TwinBuilder para obtener los mismos resultados y validarlos. El Proyecto busca principalmente comprender el efecto del envejecimiento sobre el comportamiento electro-térmico de la batería. Con ello se indica que él no se enfocará el estudio sobre el proceso electroquímico. Finalmente, con los resultados obtenidos se buscará obtener un modelo que pueda explicar dicho comportamiento y validar los resultados obtenidos.

[EN] The project consists on the study and characterization of a set of different batteries supplied by the Ampère Lab in Lyon. The study works with three sets of batteries with different SoH, allowing to compare the ECM (Equivalent Circuit Model) parameters of the three and try to obtain an analytical relationship by data fitting. It relies on a set of tests that will help evaluate the ECM parameters of each battery: SoC vs OCV: This test serves as a starting point for the HPPC test as it provides the voltage of the battery at different SoC levels. The test consists on applying a C/20 charge to a discharged battery to reach a fully charged state. HPPC test: “Hybrid Pulse Power Characterization” consisting on applying a 3C current (three times the capacity) to the battery during short charging intervals and allowing the battery to rest after the process. This test allows to analyse voltage drops in the SoC interval of [0.9:0.1] and at temperatures [10, 25, 40] ºC. With the information gathered from the tests, both a MATLAB code using a Root-Main-Square Deviation fitting method and Fluent software are used to obtain the ECM parameters. The final part of the project will consist on analyzing the results obtained, finding the aging effects on the ECM and introducing two models depending analytically on temperature and SoC on the one hand temperature and aging on the other hand. The present project focuses mainly on the effect of aging on the electro-thermal behavior of the battery and the development of the relevant methodology. Hence, the electro-chemical process of the battery will not be considered .