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Degradation and State Estimation of Li-ion Batteries in Aerospace

Bolay, Linda und Horstmann, Birger und Schmitt, Tobias und Hein, Simon und Mendoza-Hernandez, Omar und Hosono, Eiji und Sone, Yoshitsugu und Latz, Arnulf (2022) Degradation and State Estimation of Li-ion Batteries in Aerospace. 33rd International Symposium on Space Technology and Science, 26. Feb. - 4. März 2022, online (Beppu, Oita, Japan).

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich bis 2032
137kB

Kurzfassung

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 strongly 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 greatest contributor to capacity fade in lithium-ion batteries. Lithium plating, which occurs at low temperature or high current charging, can result in capacity fade or even thermal runaway. In our group we develop multiscale 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 the German Aerospace Center (DLR) collaborates with the Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) to investigate the performance and lifetime of the batteries of in-orbit satellite REIMEI developed by JAXA. To this end, we developed a model which describes the inner states of the battery over short time scales during single charging and discharging as well as battery degradation over long time scales during continued cycling. We parameterize our model by comparing the electrochemical simulations to various experimental and in-flight data. Finally, we want to understand the processes taking place in Li-ion batteries and observe them during battery operation. As the inner states cannot be measured directly and the measurements and model parameters are uncertain we make use of state estimation methods like Kalman filters. Hereby we are able to predict the state of charge and the state of health of the satellite’s batteries.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/187197/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Degradation and State Estimation of Li-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
Schmitt, TobiasTobias.Schmitt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4240-679XNICHT SPEZIFIZIERT
Hein, SimonSimon.Hein (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6728-9983NICHT SPEZIFIZIERT
Mendoza-Hernandez, Omaromar.mendoza (at) jaxa.jpNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hosono, EijiNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), 1-1-1 Umezono, Tsukuba, Ibaraki 305-8568, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sone, Yoshitsugusone.yoshitsugu (at) jaxa.jpNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2022
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, satellite REIMEI, degradation, state estimation
Veranstaltungstitel:33rd International Symposium on Space Technology and Science
Veranstaltungsort:online (Beppu, Oita, Japan)
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:26. Feb. - 4. März 2022
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Bolay, Linda
Hinterlegt am:22 Jul 2022 14:50
Letzte Änderung:22 Jul 2022 14:50

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