SELIBA. SEcond LIfe Program for Lithium Ion BAtteries. Final report
Description
In the SeLiBa project, different "second-life" applications (reuse) of used lithium-ion traction batteries are ecologically and economically evaluated with the help of life cycle analyses (LCA) and business assessment methods such as life cycle costing (LCC) and the total cost of ownership (TCO) method in order to identify potential savings. This also includes a comparison to the alternative "end-of-life" option of recycling. The project partners are Esslingen University of Applied Sciences with the Institute for Sustainable Energy Technology and Mobility (INEM) and the Faculty of Fundamentals as well as the medium-sized company CTC cartech company GmbH with headquarters in Böblingen. Seliba's goal is to develop processes and test rigs that can be used to determine the recyclability of used vehicle batteries in terms of function and safety. For this purpose, conventional internal resistance and (residual) capacity measurements are combined with impedance spectroscopy and measurement of the voltage curve after current pulses. Load profiles are analysed in parallel to determine the external ageing factors. The correlations between ageing factors, electrochemical processes and external measured variables are combined in the form of a physical-empirical ageing model. Based on this, statements on both the residual value and possible fields of application in suitable "second life" (SL) applications will be determined. In addition, these will be ecologically and economically evaluated with the help of LCA and business assessment methods in order to determine possible savings potential. To characterise the battery, battery models will be developed within the project that determine meaningful parameters to describe the current electrochemical state of the battery. The research work focuses on determining the relaxation times of the electrochemical processes. In combination with "grey box models" (for example equivalent circuit models), the state of the battery can be described in detail. In the laboratory, batteries are loaded by means of statistically planned ageing cycles and measured during their ageing by impedance spectroscopy and pulse measurements. The measurement results are used to determine electrochemical parameters using the models described above. This is followed by the creation of a model that describes the dependence of the electrochemical parameters on the external ageing factors. A linear regression is used. The aim of the described procedure is to create a long-term model for the change in the battery's state of health due to its application-dependent load. This model can be used to determine the optimal application location of each battery and its residual value and remaining lifetime. Economically identified SL applications are the provision of primary control power, home storage system in combination with a photovoltaic system, microgrid, deferring grid investments and ensuring power quality. Furthermore, a potential economic value for the use of SL batteries (SLB) compared to new batteries could be identified. Identified success factors are a high share of SLB costs in the total investment costs, a long useful life of the SLB and low absolute SLB costs. An average TCO reduction potential of 3.4 percent as well as a comparable reduction of the purchase costs of a BEV between 6.2 and 7.3 percent were determined for the economically evaluated SL applications. Compared to recycling, economic SL applications are to be preferred, as recycling is currently not economically feasible. In order to be able to exploit the existing economic potentials, the legal framework as well as a technical standardisation must be specified. The commercial exploitation of the project results is carried out by integrating the battery models into the products of the "Lion family" of CTC cartech company GmbH.
Availability note (English)
Available from: http://www2.hs-esslingen.de/~jfheger/2019_06_28_Abschlussbericht_oeffentlich.pdfAbstract (German)
Im Projekt SeLiBa werden unterschiedliche "Second-Life"-Anwendungen (Wiederverwendung) von gebrauchten Lithium-Ionen-Traktionsbatterien mit Hilfe von Life-Cycle-Analysen (LCA) und betriebswirtschaftlichen Bewertungsmethoden wie das Life Cycle Costing (LCC) und die Total-Cost-of-Ownership-Methode (TCO) ökologisch und ökonomisch bewertet, um Einsparpotenziale zu ermitteln. Dies beinhaltet auch einen Vergleich zur alternativen "End-of-Life"-Option Recycling. Projektpartner sind die Hochschule Esslingen mit dem Institut für Nachhaltige Energietechnik und Mobilität (INEM) und der Fakultät Grundlagen sowie das mittelständische Unternehmen CTC cartech company GmbH mit Hauptsitz in Böblingen. Seliba hat zum Ziel, Verfahren und Prüfstände zu entwickeln, mit denen die Verwertbarkeit gebrauchter Fahrzeugbatterien in Bezug auf Funktion und Sicherheit bestimmt werden kann. Dafür werden herkömmliche Innenwiderstands- und (Rest-)Kapazitätsmessungen mit Impedanzspektroskopie und Messung des Spannungsverlaufs nach Strompulsen kombiniert. Zur Ermittlung der äußeren Alterungsfaktoren werden parallel Lastprofile analysiert. Die Zusammenhänge zwischen Alterungsfaktoren, elektrochemischen Prozessen und externen Messgrößen werden in Form eines physikalisch-empirischen Alterungsmodells zusammengeführt. Darauf aufbauend sollen Aussagen sowohl zum Restwert als auch zu möglichen Einsatzfeldern in geeigneten "Second-Life"-(SL-)Anwendungen ermittelt werden. Diese werden darüber hinaus mit Hilfe von LCA und betriebswirtschaftlichen Bewertungsmethoden ökologisch und ökonomisch bewertet, um mögliche Einsparpotenziale zu ermitteln. Zur Charakterisierung der Batterie werden im Rahmen des Projektes Batteriemodelle entwickelt, die aussagekräftige Parameter zur Beschreibung des aktuellen elektrochemischen Zustands der Batterie bestimmen. Im Fokus der Forschungsarbeiten steht die Ermittlung von Relaxationszeiten der elektrochemischen Prozesse. In Kombination mit "Grey-Box-Modellen" (zum Beispiel Ersatzschaltbildmodellen) lässt sich der Zustand der Batterie detailliert beschreiben. Im Labor werden Batterien mittels statistisch geplanten Alterungszyklen belastet und während deren Alterung durch Impedanzspektroskopie und Pulsmessungen vermessen. Die Messergebnisse dienen zur Ermittlung elektrochemischer Parameter mittels oben beschriebener Modelle. Anschließend folgt die Erstellung eines Modells, das die Abhängigkeit der elektrochemischen Parameter von den externen Alterungsfaktoren beschreibt. Zum Einsatz kommt eine lineare Regression. Ziel des beschriebenen Verfahrens ist es, ein Langzeitmodell für die Veränderung des Gesundheitszustands der Batterie aufgrund deren anwendungsabhängiger Belastung zu erstellen. Dieses Modell kann verwendet werden, um den optimalen Einsatzort jeder Batterie und deren Restwert sowie verbleibende Lebensdauer zu bestimmen. Wirtschaftlich identifizierte SL-Anwendungen sind die Bereitstellung von Primärregelleistung, Hausspeichersystem in Kombination mit einer Photovoltaikanlage, Microgrid, Aufschub von Netzinvestitionen und Sicherstellung der Leistungsqualität. Darüber hinaus konnte ein potenzieller ökonomischer Wert für den Einsatz von SL-Batterien (SLB) im Vergleich zu Neubatterien ermittelt werden. Identifizierte Erfolgsfaktoren sind ein hoher Anteil der SLB-Kosten an den gesamten Investitionskosten, eine lange Nutzungsdauer der SLB und niedrige absolute SLB-Kosten. Es wurde ein durchschnittliches TCO-Reduktionspotenzial von 3,4 Prozent sowie eine vergleichbare Reduzierung der Anschaffungskosten eines BEV zwischen 6,2 und 7,3 Prozent für die wirtschaftlich bewerteten SL-Anwendungen ermittelt. Im Vergleich zum Recycling sind ökonomische SL-Anwendungen zu bevorzugen, da das Recycling derzeit nicht wirtschaftlich durchführbar ist. Um die bestehenden wirtschaftlichen Potenziale ausschöpfen zu können, müssen der rechtliche Rahmen sowie eine technische Standardisierung spezifiziert werden. Die kommerzielle Verwertung der Projektergebnisse erfolgt durch Integration der Batteriemodelle in die Produkte der "Lion-Familie" der CTC cartech company GmbH.Additional details
Additional titles
- Original title (German)
- SELIBA. SEcond LIfe Program for Lithium Ion BAtteries. Abschlussbericht
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 111 p.
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 54010671
- Subject category
- S25: ENERGY STORAGE;
- Resource subtype / Literary indicator
- Non-conventional Literature
- Descriptors DEI
- AGING; ECONOMIC ANALYSIS; EVALUATION; IMPEDANCE; LIFE CYCLE; LIFE-CYCLE COST; LIFETIME EXTENSION; LITHIUM ION BATTERIES; NONDESTRUCTIVE TESTING; RECYCLING; RESOURCE EXPLOITATION; SPECTROSCOPY; WASTE PRODUCT UTILIZATION
- Descriptors DEC
- COST; ECONOMICS; ELECTRIC BATTERIES; ELECTROCHEMICAL CELLS; ENERGY STORAGE SYSTEMS; ENERGY SYSTEMS; LIFETIME; MATERIALS TESTING; SERVICE LIFE; TESTING
Optional Information
- Contract/Grant/Project number
- Foerderkennzeichen BMBF 03FH028IX4
- Funding organization
- Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Berlin (Germany)