Calendar and Cycling Aging Models of Li-ion Batteries: A comparative study to determine the suitable aging model for the battery installed at KTH Live-in lab
2025 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesis
Abstract [en]
Nowadays, stationary battery energy storage systems are fast deployed across the world as they play a pivotal role in ensuring energy security and electrification. It is a crucial solution that aids in making use of intermittent renewable energy effectively and thus acts as an aid to clean energy transition. The optimal dispatch of these batteries is essential for its sustainable operation. Here comes the prominence of the study of battery aging. The modelling of battery aging helps in understanding the stress factors causing aging and to devise the strategic operation of the batteries. Through this study different battery aging models are reviewed and a suitable model for the battery installed at KTH Live in lab is proposed. Among the different models reviewed, the chosen semi empirical model, and the aging formula derived from a simplified electrochemical model are simulated. Both the models are validated using 3 datasets of which one being the real historical battery data. A comparative study is done based on different key performance indicators and it is observed that the semi empirical model has a slight advantage over the aging formula owing mainly to the less input requirements. The performance of the aging formula originally derived for hybrid electric vehicles is also validated for the stationary battery energy storage system. It gave an RMSE of less than 0.3% for the real battery data and less than 7% for the optimization data.
Abstract [sv]
Numera används stationära batterilagringssystem snabbt över hela världen eftersom de spelar en avgörande roll för att säkerställa energisäkerhet och elektrifiering. Det är en avgörande lösning som hjälper till att effektivt utnyttja intermittent förnybar energi och därmed fungerar som ett stöd för övergången till ren energi. Optimal driftsättning av dessa batterier är avgörande för deras hållbara drift. Här kommer framträdandet av studien av batteriåldring. Modellering av batteriåldring hjälper till att förstå de stressfaktorer som orsakar åldring och att utforma batteriernas strategiska drift. Genom denna studie granskas olika modeller för batteriåldring och en lämplig modell för batteriet installerat på KTH Live-in labb föreslås. Bland de olika modellerna som granskats simuleras den valda semi-empiriska modellen och åldringsformeln härledd från en förenklad elektrokemisk modell. Båda modellerna valideras med hjälp av tre data set, varav en är verkliga historiska batteridata. En jämförande studie görs baserat på olika nyckeltal och det observeras att den semi-empiriska modellen har en liten fördel jämfört med åldringsformeln, främst på grund av de lägre inmatningskraven. Prestandan hos den åldringsformel som ursprungligen härleddes för hybridfordon valideras också för det stationära batterilagringssystemet. Den gav ett RMSE på mindre än 0,3 % för verkliga batteridata och mindre än 7 % för optimeringsdata.
Place, publisher, year, edition, pages
2025. , p. 61
Series
TRITA-ITM-EX ; 2025:505
Keywords [en]
battery aging model, calendar and cycling aging models of batteries, BESS
Keywords [sv]
batteriåldringsmodell, kalender- och cykliska åldringsmodeller för batterier, BESS
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-372220OAI: oai:DiVA.org:kth-372220DiVA, id: diva2:2010043
Supervisors
Examiners
2025-10-292025-10-292025-10-29Bibliographically approved