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Multi-scale thermal modeling, experimental validation, and thermal characterization of a high-power lithium-ion cell for automobile application

Tahir, M. Wasim und Mertens, clemens (2022) Multi-scale thermal modeling, experimental validation, and thermal characterization of a high-power lithium-ion cell for automobile application. Energy Conversion and Management, 258, Seiten 115490-115506. Elsevier. doi: 10.1016/j.enconman.2022.115490. ISSN 0196-8904.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
14MB

Kurzfassung

Detailed thermal analysis of individual cell types used to power electric propulsion systems is rarely performed. Nano structured lithium-iron-phosphate or LFP cathodes show great promise in automobile application due to stable discharge profile and excellent safety features. This study is aimed at thermal characterization of a commercially favored lithium-ion cell under variable loads and operating conditions. An innovative reduced order electrochemical-thermal coupled model is developed using multi-scale multi-domain (MSMD) approach. A pseudo 2D (1D + 1D) electrochemical heat generation model is dynamically coupled to a 3D heat transport model. 3D cell domain is discretized using finite element (FE) mesh. Six representative discretization elements are selected for coupling. Electrochemical model is solved using a C-based code for each of the six elements. Model is validated using experimentally measured data and found to be in good agreement. Reduced order coupled model adequately captures temporal as well as spatial variations in cell temperature with sufficiently moderate computational expense. Simulation results show that lower operating temperatures and higher applied currents erode cell capacity. Optimum operating temperature window for the selected cell is found between 10 ◦C and 50 ◦C.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/193039/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Multi-scale thermal modeling, experimental validation, and thermal characterization of a high-power lithium-ion cell for automobile application
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Tahir, M. WasimDLRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mertens, clemensUniversität StuttgartNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:März 2022
Erschienen in:Energy Conversion and Management
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:258
DOI:10.1016/j.enconman.2022.115490
Seitenbereich:Seiten 115490-115506
Verlag:Elsevier
ISSN:0196-8904
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Lithium-ion battery Electrochemical-thermal model Reduced order model Electric vehicle LFP battery P2D model
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: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Friedrich, Prof.Dr. Kaspar Andreas
Hinterlegt am:12 Jan 2023 20:14
Letzte Änderung:12 Jan 2023 20:14

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