مطالعه آزمايشگاهي و تدوين مدل تجربي افت ظرفيت باتري ليتيوم يون فضايي

Experimental study and empirical modeling of lithium ion battery lifetime

يكي از پارامترهاي مهم در ارزيابي باتري هاي ليتيوم يوني، مقدار افت ظرفيت آن ها در طول مدت استفاده و پس از دوره هاي متناوب شارژ/ دشارژ بوده به گونه اي كه زمان رسيدن ظرفيت باتري به 70% ظرفيت اوليه را زمان زوال باتري مي نامند. بنابراين در اختيار داشتن مدلي رياضي كه ضمن سهولت كاربرد بتواند با دقت مناسبي پديده افت ظرفيت را پيش بيني كند از اهميت بسزايي برخوردار است. در پژوهش حاضر داده هاي آزمايشگاهي براي كاهش ظرفيت طي ده سيكل ابتدايي در سه دماي 25 ، 35 و 45 درجه سانتي گراد براي يك نمونه باتري ليتوم- يون استوانه اي سامسونگ اندازه گيري شده است. هم چنين، مدلي مركب از مفاهيم قانون تواني و قانون تابع ريشه دوم براي پيش بيني طول عمر باتري ليتيوم- يون ارائه شده كه تابعي از دما و تعداد سيكل مي باشد. پارامتر هاي مدل بر اساس روش ماركواردت-لونبرگ باكمينه سازي مربع خطاي پيش بيني داده هاي تجربي به دست مي آيند. مدل فوق با وجود استفاده از داده هاي ده سيكل ابتدايي داراي حداكثر 15% خطاي پيش بيني بيشينه سيكل شارژ و دشارژ در نقطه زوال مي باشد.

The capacity loss of lithium ion batteries during charge/discharge cycles is one of the important parameters in the evaluation of these kind of batteries, so that battery lifetime is defined as the number of charge/discharge cycles until the battery capacity reaches to 70% of its initial capacity. Therefore, it is important to have a simple mathematical model which can easily predict capacity loss of lithium ion batteries with acceptable accuracy. In this study, capacity loss were measured experimentally for first 10 cycles of Samsung commercial lithium ion battery at three temperatures of 25, 35 and 45oC. Further, a semi empirical model has been introduced including power law concept for temperature and the square root of cycle number to predict the lithium-ion battery lifetime or capacity loss. The parameters of the model have been obtained based on square of error of the prediction of experimental capacity using Levenberg -Marquardt algorithm. Using this model, maximum charge/discharge cycle of the battry is calculated acceptably with less than 15% of error.