Analytical performance evaluation model as decision support for degradation analysis in Li-ion batteries for BEVs

One of the principal concepts adopted to fullfill the objective of creating a more sustainable industry is the one of transitioning to a circular economy. Circular economy is described as production and consumption based models where waste is considered as a new form of product used for different applications, this is done to extend as much as possible the life of the single product or more in detail of the raw materials used. Concerning batteries for electric vehicles, there is a growing interest in their re utilisation after first life usage (dictated by the efficiency and the warranty) for other type of applications (Second Life applications), mainly for stationary cases. Starting from this idea the objective of this thesis will be proposing a "first research" analytical model, based on Markov Chains, that will simulate effectively the "real" usage of a battery in an electric car, feeding this simulated data to a series of chosen degradation models that would output profiles presenting the average performance over time. Hence the aim won’t be of proposing some important numerical results but more to build a tool to be able to, if fed with proper data, provide a way of simulating the usage and degradation of batteries for EVs. One of the major advantages of this model will be time, it will require a fraction of time to gather the data and execute the simulation compared to the process of making an empirical simulation. The major difficulty and bottleneck of this work will be the data provided to the model, as it will be explained, these data (driving profiles, charging modes and degradation models) aren’t necessarily the best options but are "place holders" to try and explain what would be required to make this Performance evaluation model work at its peak.

Uno dei principali concetti adottati per creare una nuova industria sostenibile e’ quello di operare una transizione verso una economia circolare. Con economia circolare si intendono dei modelli di produzione e di consumo operati in modo tale che gli scarti possano essere considerati come una nuova forma di prodotto per un diverso utilizzo, questo viene fatto per estendere la vita utile di un singolo prodotto o delle materie prime usate. Di conseguenza anche per le batterie delle auto elettriche, vi e’ un incremento di interesse nel riutilizzarle dopo il loro primo ciclo di vita (definito dai valori di efficienza e di garanzia) per altri tipi di utilizzo (utilizzi di seconda vita), principalmente per usi stazionari. Partendo da questo concetto l’obiettivo della tesi sarà quello di proporre un modello analitico, basato sulle catene di Markov, che possa simulare efficacemente il "vero" utilizzo di una batteria in un veicolo elettrico, utilizzando dei modelli di degradazione che possano restituire il profilo medio di utilizzo nel tempo. Ciononostante questa tesi non avrà come scopo quello di mostrare dei risultati numerici bensì quello di fare una prima ricerca su un modello che, se alimentato con dati adeguati, possa essere utile alla simulazione dell’uso e della degradazione delle batterie per veicoli elettrici. Uno dei punto forti di questo modello è il tempo, infatti fare queste simulazioni richiede una frazione del tempo che sarebbe richiesto da una analisi empirica sul campo. Il maggiore limite del modello proposto è l’implementazione dei dati in input (profili di guida, modi di ricarica e modelli di degradazione), infatti quelli che sono presenti nella tesi sono ipotesi di quelli che potrebbero essere dei dati reali, necessari per spiegare e mostrare il funzionamento del modello ma che se fossero studiati più nel dettaglio e trovati ad hoc per la batteria in questione provvederebbero dei dati validabili e di maggior utilizzabilita’.