Modeling and Experimental Testing of an Electric Vehicle Battery in the WLTP Driving Cycle

Abstract

O objetivo principal do trabalho apresentado nesta tese é o desenvolvimento de um modelo para a simulação do desempenho de baterias de veículos elétricos, em ciclos de condução ou condições de condução específicas. A intenção é medir o fluxo de corrente que atravessa cada célula que compõe a bateria, durante o ciclo de condução, e usar esses dados para medir a geração de calor, ou aumento de temperatura, através de métodos experimentais.Para testar experimentalmente o modelo desenvolvido foi selecionado um ciclo de condução, um veículo elétrico e uma bateria. O modelo foi projetado para o ciclo de condução Worldwide harmonized Light vehicle Test Procedure e para um Renault Zoe R110 (2018), teoricamente equipado com células Sanyo NCR18650GA, ao invés das originais, as LG Chem E63.Adicionalmente, foram realizados testes experimentais nas células selecionadas, Sanyo NCR18650GA, para avaliar a importância da variação da resistência interna óhmica das células com a temperatura, a velocidade de descarga e o estado de carga das células. Combinando o modelo desenvolvido para o ciclo de condução Worldwide harmonized Light vehicle Test Procedure e os dados obtidos das experiências de medição da resistência interna das células, foi estimado o fluxo de corrente para várias condições de teste iniciais. Foram realizadas simulações para estimar a evolução da autonomia do veículo com a temperatura ambiente e o estado de carga da bateria.Este trabalho destina-se a ser utilizado como suporte para futuras investigações e estudos sobre o desempenho de baterias de veículos elétricos, melhorias nos sistemas de controlo térmico de baterias de veículos elétricos e a possível criação de um veículo elétrico compacto para uso urbano.

The main objective of the work presented in this thesis is the development of a model to be used in the simulation of electric vehicles battery performance, in selected driving cycles or particular driving conditions. The intention is to measure the current flow through each individual cell of the battery pack during the driving cycle and use it to measure its heat generation, or temperature increase, via experimental methods.To test the developed model, a driving cycle, electric vehicle and battery were selected and experiments conducted. The model was designed for the Worldwide harmonized Light vehicle Test Procedure and a Renault Zoe R110 (2018), theoretically equipped with Sanyo NCR18650GA cells, instead of the original ones, the LG Chem E63.Additionally, experiments were executed on the selected cells, the Sanyo NCR18650GA, to measure the importance of the cells ohmic internal resistance evolution with temperature, discharge rate and state of charge of the cell. Combining the model developed for the Worldwide harmonized Light vehicle Test Procedure and the data collected from the internal resistance experiments, the current flow was estimated for several initial test conditions. Simulations were performed to estimate the vehicle range evolution with ambient temperature and battery state of charge.This work is intended to be used as support for future researches in electric vehicles battery performance, improvements in electric vehicles battery thermal management systems, and the possible creation of a compact, urban electric vehicle.