Allt för höga temperaturer är en av de största säkerhetsriskerna för litiumjonbatterier i el- och hybridfordon. Temperaturförhållandena har även stor inverkan på hur batteriet åldras. KTH-forskaren Henrik Lundgren har tillsammans med Scania tagit fram en modell som effektiviserar utvecklingen av olika kylkoncept för dessa batterier.

Temperatur är en av de faktorer som mest påverkar säkerhet, livslängd och prestanda hos litiumjonbatterier, och är ett avgörande hinder på vägen mot ett marknadsgenomslag för el- och hybridfordon. Problemen växer i takt med batteriernas storlek, något som gör att fordonstillverkarnas behov av kunskap om de termiska processerna är stort.

– Temperaturen påverkar masstransporten, det vill säga jonernas färd genom batteriets elektrolyt. Ju lägre temperaturen är, desto längre tid tar masstransporten. Vid högre temperatur går processen snabbare, men även sidoreaktionerna, vilket leder till snabbare åldring och större risk för fel, förklarar Henrik Lundgren, forskare på Skolan för kemivetenskap vid KTH.

Han har undersökt hur Li-jonbatterier påverkas av olika temperaturförhållanden och tagit fram nya verktyg för att analysera temperatureffekter.

I samarbete med Scania har Henrik Lundgren utvecklat en termisk modell för att studera kylning av stora Li-jonbatterier. Modellen gör att batteriforskarna kan genomföra tester snabbare än tidigare och endast behöver göra ett fåtal mätningar genom simuleringar. Därmed kan man hitta problemområden redan i ett tidigt skede.

– Det är viktigt att ha en välfungerande process för att testa och utvärdera nya batterisystem, säger Pontus Svens, utvecklingsingenjör inom energilager på Scania. Henriks arbete är ett steg framåt i vårt arbete med termisk modellering. Det har gett oss förtroende för att använda den här typen av termisk modell i test av stora battericeller.

De resultat som forskarna fått med hjälp av modellen visar att avgörande skillnader i kylningen bara kan åstadkommas inuti själva batteriet – en åtgärd som kräver mycket nära samarbete mellan batteritillverkare och fordonsindustri. En sådan utveckling är knappast realistisk menar Henrik Lundgren, vilket gör det än mer angeläget för fordonstillverkarna att själva kunna genomföra effektiva studier.

På Scania kan man nu bygga vidare på Henrik Lundgrens modell för att pröva olika kylkoncept och göra ytterligare tester – ett led i ett större arbete med termisk modellering av stora batterier.

Henrik Lundgren försvarade nyligen sin avhandling ”Thermal Aspects and Electrolyte Mass Transport in Lithium-ion Batteries". Studien som gjordes hos Scania ingick i hans doktorandprojekt. Hanledare har KTH-forskarna Göran Lindbergh och Mårten Behm varit.

Projektet "Thermal aspects of Li-ion batteries in vehicle applications" har bedrivits på Skolan för kemivetenskap, Tillämpad elektrokemi, KTH, och är en del av Svenskt el- och hybridfordonscentrum (SHC). Avhandlingen hittar du här: bit.ly/1V3QebR.

Filed under: SvenskTeknik