Smart battery systems - from cell to pack

Den globale omstilling mod bæredygtige energisystemer kræver betydelige fremskridt inden for elektrificering og energilagringsteknologier. Batterier er en af de centrale teknologier der muliggøre denne omstilling og spiller en afgørende rolle i en bred vifte af anvendelser, lige fra integration af vedvarende energi til maritim fremdrift. Denne afhandling præsenterer en omfattende undersøgelse af batteriers rolle i elektrificeringen og bygger bro mellem modellering på celle-niveau og store energilagringssystemer. Gennem en tværfaglig tilgang fremmer den forskningens forståelse og innovation inden for batterimodellering, systemintegration og system specifik optimering.

Studiet omfatter udviklingen af modeller på celle-niveau til at forudsige batteriydelse og nedbrydning under bestemte driftsbetingelser. Ved hjælp af beregningsteknikker og avancerede deep learning algoritmer introducerer afhandlingen nye metoder til at forbedre testtiden for batteripakker og ned til tests på celle-niveau. Disse modeller valideres gennem eksperimentelle data og planlægges anvendt i AI-drevne batteristyringssystemer gennem et Eurostarprojekt (AIBMS). Dette forventes at muliggøre en mere effektiv udnyttelse og forlænge batterisystemernes levetid.

Der er ydermere blevet udarbejdet en ny måde at identificere State of Health (SOH), ved at kombinerer batteridata fra elektrokemisk impedansspektroskopi med den matematiske transformation Markov transition field og anvendelsen af et konvolutionel neuralt netværks-algoritme til at klassificere cellens SOH.

Arbejdet omhandler desuden integrationen a fenergilagring med solcelleanlæg (PV), et kritisk skridt mod at øge anvendelsen af vedvarende energi. Ved at kombinere system simulationer og virkelige casestudier analysen afhandlingen de økonomiske fordele ved at introducere et maritimt second-life batterilagringssystem i et lokalt solcelleanlæg.

Et særligt fokus i forskningen er maritim elektrificering, som er en sektor i hastig udvikling, især i Danmark. Batterier fremstår som et lovende alternativ til de traditionelle fossile brændstof baserede fremdrifts systemer. Et eksempel er E-færgen Ellen, som denne afhandling også har beskæftiget sig med. Afhandlingen undersøger potentialet i en second-life anvendelse af batteripakken fra Ellen og vurderer cellernes tilstand efter deres første levetid. Gennem detaljerede tests og databehandling gives der anbefalinger til design og implementering af energilagringssystemer, der er skræddersyet til cellernes anden levetid.

Ved at forene indsigter fra celle-niveau med systemnære anvendelser præsenterer forskningen en helhedsorienteret ramme for udvikling af batteriteknologier inden for centrale områder af elektrificering. Resultaterne bidrager til en dybere forståelse af samspillet mellem batteriydelse, systemintegration og sektor specifikke krav og baner vejen for mere pålidelige og bæredygtige energiløsninger på tværs af forskellige brancher.

Under Ph.d. forløbet er der samtidig blevet opbygget en ny forskningsgruppe, og der er blevet allokeret betydelige ressourcer til dette formål. I alt er der sikret 7.472.000 DKK gennem fonds ansøgninger, og yderligere 14.257.000 DKK er planlagt eller indsendt. Desuden er der etableret et nyt batteri laboratorium, hvori nogle af test og dataindsamling til afhandlingen er blevet udført.