Internal temperature estimation for lithium-ion batteries through distributed equivalent circuit network model

锂(药物) 等效电路 离子 估计 锂离子电池 材料科学 计算机科学 化学 电气工程 电池(电) 工程类 热力学 物理 系统工程 电压 功率(物理) 内分泌学 有机化学 医学
作者
Li Shen,Anisha N. Patel,Cheng Zhang,Tazdin Amietszajew,Niall Kirkaldy,Gregory J. Offer,Monica Marinescu
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:611: 234701-234701 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2024.234701
摘要

Lithium-ion cells experience significant internal thermal gradients during operation, with a direct impact on their safety, performance, cost and lifetime. The estimation of the internal temperature of cells is therefore particularly important. In this work, a 3D distributed electro-thermal model for internal temperature estimation is developed for a cylindrical cell (LG M50T, NMC811). The model is parameterized and comprehensively validated against experimental data for 21700 cells, including direct core temperature measurements. Multiple types of electrical load are considered, including constant current discharge, pulse discharge, drive cycle and instant discharge/charge switching. The developed model is used to estimate core temperature based on surface temperature measurement. The predictions are shown to have good accuracy at relatively low computational cost. We show that the widely adopted two-node lumped thermal estimation model is increasingly inaccurate for more aggressive discharges, when thermal gradients become higher. Compared to the standard two-node model, the distributed equivalent circuit network model predicts the effects of detailed internal cell structure (electrode, current collector, metal can and tab) and distributed internal heat generation. The results are of immediate interest to cell manufacturers and battery pack designers, while the modelling and parameterization framework is a useful tool for energy storage systems design.
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