Lithium ion batteries for auxiliary power units in transportation systems: from physical modeling to optimal operation
运输系统辅助动力装置的锂离子电池:从物理建模到优化运行
基本信息
- 批准号:481280-2015
- 负责人:
- 金额:$ 2.91万
- 依托单位:
- 依托单位国家:加拿大
- 项目类别:Collaborative Research and Development Grants
- 财政年份:2017
- 资助国家:加拿大
- 起止时间:2017-01-01 至 2018-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The theme of this proposal is advancement of battery technology through physical modeling of materials,processes, and operation. The project supports the collaborating company, Cool-It Hi Way Services, in thedevelopment of battery-powered auxiliary power units (APUs) for heavy-duty transportation applications.These APUs allow idle-free power supply to provide heating, ventilation and air-conditioning needs duringdriving breaks. Growth of the idle-free APU market hinges on the development of advanced electrochemicalpower units (battery, fuel cell, supercapacitor) that enable markedly reduced cost, high energy efficiency,reduced fuel consumption, and long operating time under typical climate and load conditions of heavy-dutyvehicles. To achieve these practical goals, we will develop a hierarchical approach in physical modeling. Ourmodel will integrate structural details and processes over a range of scales from active particles to electrodesand to battery cells. The central module of the model represents battery electrodes by a statistical particlemodel. A formalism based on Fokker-Planck theory will be employed to describe the dynamic particlepopulation balance. This versatile formalism will allow leading causes of structural degradation, driven bychemical, mechanical and thermal stressors, to be incorporated. It will be linked in subsequent project phases toa 1D electrode model and a thermal module. Capacity and power fade, failure modes, and battery cycle life willbe analyzed in dependence of initial battery layout and structure, external conditions provided and cyclingprotocols applied. Modeling insights will furnish the development of a new battery management system thatwill optimize the dynamic response of battery-based APUs. This tool, including a detailed documentation, willbe provided to CIHWS in the form of an executable program. Moreover, we will develop a techno-economiccost-modeling tool for APUs in transportation systems that will incorporate results of the battery model.
该提案的主题是通过材料、工艺和操作的物理建模来推进电池技术。该项目支持合作公司Cool-It Hi Way Services开发用于重型运输应用的电池供电辅助动力装置(APU)。这些APU允许无怠速供电,以在驾驶休息期间提供供暖、通风和空调需求。无怠速APU市场的增长取决于先进的电化学动力装置(电池,燃料电池,超级电容器)的开发,这些动力装置能够显着降低成本,提高能效,降低油耗,并在重型车辆的典型气候和负载条件下延长运行时间。为了实现这些实际的目标,我们将开发一个分层的物理建模方法。我们的模型将在从活性颗粒到电极和电池单元的一系列尺度上整合结构细节和过程。模型的中心模块用统计粒子模型表示电池电极。基于Fokker-Planck理论的形式主义将被用来描述动态粒子数平衡。这种多功能的形式主义将允许结构退化的主要原因,由化学,机械和热应力驱动,被纳入。它将在随后的项目阶段连接到一个一维电极模型和一个热模块。容量和功率衰减、故障模式和电池循环寿命将根据初始电池布局和结构、提供的外部条件和应用的循环协议进行分析。建模的见解将提供一个新的电池管理系统,将优化基于电池的APU的动态响应的发展。该工具,包括详细的文档,将以可执行程序的形式提供给CIHWS。此外,我们将开发一个技术经济成本建模工具,APU在运输系统中,将纳入电池模型的结果。
项目成果
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专著数量(0)
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