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Degradation Model and State Estimation for Lithium-Ion Batteries in Aerospace

Bolay, Linda und Horstmann, Birger und Latz, Arnulf und Schmitt, Tobias und Mendoza-Hernandez, Omar und Sone, Yoshitsugu und Hosono, Eiji und Asakura, Daisuke und Matsuda, Hirofumi und Umeda, Minoru (2020) Degradation Model and State Estimation for Lithium-Ion Batteries in Aerospace. Conference on Advanced Power Systems for Deep Space Exploration, 2020-10-27 - 2020-10-29, virtuell.

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Kurzfassung

Abstract Lithium-ion batteries are the technology of choice for a broad range of applications due to their performance and long-term stability. The performance and durability of lithium-ion batteries is heavily impacted by various degradation mechanisms. These include the growth of the solid-electrolyte interphase (SEI) and the deposition of metallic lithium on the surface of the negative electrode, referred to as lithium plating. Long-term SEI growth is the biggest contributor to capacity fade in lithium-ion batteries. Lithium plating, which occurs in low temperature or high current charging, can result in capacity fade or even thermal runaway. In our group we develop multiphysical models and perform simulations for various types of batteries. In order to describe the internal processes of Li-ion batteries, we derive thermodynamic consistent transport theories. Based on these, our group has developed models for long-term SEI growth and for lithium plating in 3D electrode microstructures. In this contribution we develop a model to describe the performance and lifetime of the batteries of in-orbit satellite REIMEI developed by the Japan Aerospace Exploration Agency. Our new degradation model describes the growth of the solide electrolyte interphase (SEI) during battery storage as well as battery cycling. In our microstructure resolved three dimensional simulations we show inhomogeneities in the SEI thickness after cycling. To validate the model, we use experimental and in-flight data of the satellite’s batteries. Furthermore we incorporate the degradation model into an extended Kalman Filter for SOC and SOH estimation. In this way we estimate the battery states of the still operating satellite.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/136993/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Degradation Model and State Estimation for Lithium-Ion Batteries in Aerospace
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bolay, LindaLinda.Bolay (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Horstmann, Birgerbirger.horstmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1500-0578NICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmitt, TobiasTobias.Schmitt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4240-679XNICHT SPEZIFIZIERT
Mendoza-Hernandez, Omaromar.mendoza (at) jaxa.jpNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sone, Yoshitsugusone.yoshitsugu (at) jaxa.jpNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hosono, EijiInstitute for Energy Conservation, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), 1-1-1 Umezono, Tsukuba, Ibaraki 305-8568, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Asakura, DaisukeInstitute for Energy Conservation, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), 1-1-1 Umezono, Tsukuba, Ibaraki 305-8568, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Matsuda, HirofumiInstitute for Energy Conservation, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), 1-1-1 Umezono, Tsukuba, Ibaraki 305-8568, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Umeda, MinoruNagaoka University of Technology, Department of Materials Science and Technology, 1603-1 Kamitomioka, Nagaoka, Niigata 940-2188, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2020
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Li-ion battery, Degradation, State estimation, Kalman filter, SEI, Plating
Veranstaltungstitel:Conference on Advanced Power Systems for Deep Space Exploration
Veranstaltungsort:virtuell
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:27 Oktober 2020
Veranstaltungsende:29 Oktober 2020
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):Proj Skalierbares Batteriesystem für Satelliten (alt)
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Bolay, Linda
Hinterlegt am:30 Okt 2020 11:10
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:39

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