Сведенная в таблицу модель батареи
Simscape / Электрический / Источники
Блок Battery (Table-Based) представляет высокочастотную модель батареи. Блок вычисляет напряжение без загрузок в зависимости от уровня заряда и дополнительной температуры с помощью интерполяционных таблиц и включает несколько опций моделирования:
Саморазряд
Батарея исчезает
Заряжайте динамику
Календарное старение
Примечание
Блок может использовать линейную или самую близкую интерполяцию и экстраполяцию для всех основанных на таблице параметров. Для строк и столбцов это следует соглашению столбца строки, тогда как строки индексируются сначала и, впоследствии, столбцы.
График показывает батарею, эффективность которой меняется в зависимости от изменений температуры и состояния заряда, как обычно найдено в таблице данных.
Используйте этот блок, чтобы параметрировать батареи с комплексным поведением напряжения без загрузок от таблиц данных или результатов эксперимента. Для более простого представления батареи смотрите блок Battery.
Блок Battery (Table-Based) имеет четыре варианта моделирования, доступные путем щелчка правой кнопкой по блоку по блок-схеме и затем выбирания подходящей опции из контекстного меню, под Simscape> Block choices:
Uninstrumented | No thermal port — Базовая модель, которая не выводит уровень заряда батареи и симулирует при фиксированной температуре. Этим вариантом моделирования является значение по умолчанию.
Uninstrumented | Show thermal port — Модель с осушенным тепловым портом. Эта модель не выводит внутренний уровень заряда батареи.
Instrumented | No thermal port — Модель с отсоединенным выходным портом заряда. Эта модель использует фиксированную температуру в течение симуляции.
Instrumented | Show thermal port — Модель, которая позволяет вам вывести внутренний уровень заряда батареи. И тепловой порт и выходной порт заряда отсоединены.
Оснащенные варианты имеют дополнительный порт физического сигнала, который выводит внутреннее состояние заряда. Используйте эту функциональность, чтобы изменить поведение загрузки в зависимости от состояния заряда без сложности создания средства оценки состояния заряда.
Тепловые варианты порта осушают тепловой порт, который представляет количество тепла батареи.
Можно также выбрать различную встроенную параметризацию для этого блока. Для получения дополнительной информации смотрите раздел Predefined Parameterization.
Эквивалентная схема батареи составлена из основной модели батареи, сопротивление саморазряда RSD, модель динамики заряда и серийное сопротивление R0.
Блок вычисляет напряжение без загрузок или напряжение через основную модель батареи интерполяцией:
Где:
v0 является напряжением без загрузок батареи. Задайте сетку справочных значений с помощью параметра No-load voltage, V0(SOC,T) при сведении в таблицу перегрева параметров или No-load voltage, V0(SOC) в противном случае.
SOC
отношение текущего заряда к номинальной емкости батареи, заданной в параметре Ampere-hour rating, AH(T) наряду с эффектами температурного зависимого, исчезают процентное изменение в оценке ампер-часа, δAH(n, Tfade), заданном в параметре Percentage change in ampere-hour rating, dAH(N, Tfade). Задайте точки останова SOC с помощью параметра Vector of state-of-charge values, SOC. Блок оценивает, что номинальная емкость батареи на основе количества циклов и температуры батареи путем интерполяции заданного температурного зависимого исчезает характеристики и параметр Ampere-hour rating, AH(T).
SOC
представляет нормированные данные относительно qnom.
Для базирующейся интерполяционной таблицы исчезают опция характеристик,
Поскольку основанные на уравнении исчезают опция характеристик,
Наконец, SOC
получен из следующего уравнения.
Где:
qnom является оценкой ампер-часа батареи. Задайте это значение с помощью параметра Ampere-hour rating, AH(T).
N является ссылочным номером циклов выброса, по которым вы задаете процентное изменение нескольких параметров батареи. Установите это значение с помощью параметра Number of discharge cycles, N.
n является существующим количеством циклов батареи.
δAH является процентным изменением в оценке ампер-часа батареи после циклов выброса N.
T является температурой батареи. Задайте точки останова T с помощью параметра Vector of temperatures, T при сведении в таблицу перегрева параметров.
Блок также моделирует серийное сопротивление R0 в зависимости от состояния заряда и дополнительной температуры. Задайте сетку справочных значений для серийного сопротивления с помощью параметра Terminal resistance, R0(SOC,T) при сведении в таблицу перегрева параметров или Terminal resistance, R0(SOC) в противном случае.
Когда клеммы батареи являются разомкнутой цепью, для внутренних токов все еще возможно разрядить батарею. Это поведение называется саморазрядом. Чтобы включить этот эффект, установите параметр Self-discharge на Enabled
.
Блок моделирует эти внутренние токи с температурно-зависимым сопротивлением RSD(T) через терминалы основной модели батареи. Можно задать справочные значения для этого сопротивления с помощью параметра Self-discharge resistance, Rleak(T) при сведении в таблицу перегрева параметров или Self-discharge resistance, Rleak в противном случае.
Батареи не могут мгновенно ответить на изменения загрузки. Они требуют, чтобы некоторое время достигло установившегося. Это изменяющееся во времени свойство является результатом динамики заряда батареи и моделируется с помощью параллельных разделов RC в эквивалентной схеме.
Можно смоделировать динамику заряда батареи с помощью параметра Charge dynamics:
No dynamics
— Эквивалентная схема не содержит параллельных разделов RC. Нет никакой задержки между терминальным напряжением и внутренним заряженным напряжением батареи.
One time-constant dynamics
— Эквивалентная схема содержит один параллельный раздел RC. Задайте постоянную времени с помощью параметра First time constant, tau1(SOC,T) при сведении в таблицу перегрева параметров или First time constant, tau1(SOC) в противном случае.
Two time-constant dynamics
— Эквивалентная схема содержит два параллельных раздела RC. Задайте постоянные времени с помощью First time constant, tau1(SOC,T) и параметров Second time constant, tau2(SOC,T) при сведении в таблицу перегрева параметров или First time constant, tau1(SOC) и Second time constant, tau2(SOC) в противном случае.
Three time-constant dynamics
— Эквивалентная схема содержит три параллельных раздела RC. Задайте постоянные времени с помощью First time constant, tau1(SOC,T), Second time constant, tau2(SOC,T) и параметров Third time constant, tau3(SOC,T) при сведении в таблицу перегрева параметров или First time constant, tau1(SOC), Second time constant, tau2(SOC) и Third time constant, tau3(SOC) в противном случае.
Four time-constant dynamics
— Эквивалентная схема содержит четыре параллельных раздела RC. Задайте постоянные времени с помощью First time constant, tau1(SOC,T), Second time constant, tau2(SOC,T), Third time constant, tau3(SOC,T) и параметров Fourth time constant, tau4(SOC,T) при сведении в таблицу перегрева параметров или First time constant, tau1(SOC), Second time constant, tau2(SOC), Third time constant, tau3(SOC) и Fourth time constant, tau4(SOC) в противном случае.
Five time-constant dynamics
— Эквивалентная схема содержит пять параллельных разделов RC. Задайте постоянные времени с помощью First time constant, tau1(SOC,T), Second time constant, tau2(SOC,T), Third time constant, tau3(SOC,T), Fourth time constant, tau4(SOC,T) и параметров Fifth time constant, tau5(SOC,T) при сведении в таблицу перегрева параметров или First time constant, tau1(SOC), Second time constant, tau2(SOC), Third time constant, tau3(SOC), Fourth time constant, tau4(SOC) и Fifth time constant, tau5(SOC) в противном случае.
Эта схема показывает эквивалентную схему для блока, сконфигурированного с двумя постоянными во времени движущими силами.
В схеме:
R1 и R2 являются параллельными сопротивлениями RC. Задайте эти значения с First polarization resistance, R1(SOC,T) и параметрами Second polarization resistance, R2(SOC,T), соответственно, при сведении в таблицу перегрева параметров или First polarization resistance, R1(SOC) и Second polarization resistance, R2(SOC) в противном случае.
C1 и C2 являются параллельными емкостями RC. Постоянная времени τ для каждого параллельного раздела связывает R и значения C с помощью отношения . Задайте τ для каждого раздела с помощью First time constant, tau1(SOC,T) и параметров Second time constant, tau2(SOC,T), соответственно, при сведении в таблицу перегрева параметров или First time constant, tau1(SOC) и Second time constant, tau2(SOC) в противном случае.
R0 является серийным сопротивлением. Задайте это значение параметром Terminal resistance, R0(SOC,T) при сведении в таблицу перегрева параметров или Terminal resistance, R0(SOC) в противном случае.
Батарея исчезает, ухудшение эффективности батареи по повторному заряду и циклам выброса. Когда параметр Fade characteristics defined by устанавливается на Equations
, батарея исчезает, моделируется можно следующим образом.
Напряжение без загрузок через основную модель батареи исчезает пропорционально с количеством циклов выброса n:
Где δv0 является процентным изменением в напряжении без загрузок после циклов выброса N. Задайте δv0 с помощью параметра Change in no-load voltage after N discharge cycles (%).
Символическая плата, от которой вычисляется состояние заряда, исчезает с квадратным корнем из количества циклов выброса:
Все сопротивления в модели батареи также исчезают с квадратным корнем из количества циклов выброса:
Где:
Ri является i th сопротивление
δRi является процентным изменением в этом сопротивлении по циклам N
В зависимости от того, как вы сконфигурировали блок, сопротивления могут включать:
Серийное сопротивление — Задает процентное изменение по циклам N с помощью параметра Change in terminal resistance after N discharge cycles (%).
Сопротивление саморазряда — Задает процентное изменение по циклам N с помощью параметра Change in self-discharge resistance after N discharge cycles (%).
Первое сопротивление динамики заряда — Задает процентное изменение по циклам N с помощью параметра Change in first polarization resistance after N discharge cycles (%):.
Второе сопротивление динамики заряда — Задает процентное изменение по циклам N с помощью параметра Change in second polarization resistance after N discharge cycles (%).
Третье сопротивление динамики заряда — Задает процентное изменение по циклам N с помощью параметра Change in third polarization resistance after N discharge cycles (%).
Четвертое сопротивление динамики заряда — Задает процентное изменение по циклам N с помощью параметра Change in fourth polarization resistance after N discharge cycles (%).
Пятое сопротивление динамики заряда — Задает процентное изменение по циклам N с помощью параметра Change in fifth polarization resistance after N discharge cycles (%).
Примечание
Можно также смоделировать батарею, исчезают характеристики при помощи интерполяционных таблиц (температурный независимый политик) или интерполяционных таблиц (температурный зависимый). Выбор любой из этих двух опций изменяет параметры блоков соответственно. Для получения дополнительной информации смотрите, что Исчезнуть параметры переходят.
Для тепловых вариантов блока температура батареи определяется из суммирования всех омических потерь, включенных в модель:
Где:
M th является количеством тепла батареи.
i соответствует i th омический фактор потерь. В зависимости от того, как вы сконфигурировали блок, потери могут включать:
Серийное сопротивление
Сопротивление саморазряда
Первый сегмент динамики заряда
Второй сегмент динамики заряда
Третий сегмент динамики заряда
Четвертый сегмент динамики заряда
Пятый сегмент динамики заряда
VT,i является падением напряжения через резистор i.
RT,i является резистором i.
Можно смоделировать ухудшение эффективности батареи, которое происходит, когда батарея не используется. Календарное старение влияет и на внутреннее сопротивление и на способность. В частности, увеличение сопротивления зависит различными механизмами, такими как создание Твердого интерфейса электролита (SEI) и в аноде и в катоде и коррозии текущего коллектора. Эти процессы в основном зависят от температуры устройства хранения данных, состояния заряда устройства хранения данных, и время.
Можно смоделировать календарь, стареющий в блоке Battery (Table-Based) путем установки параметра Calendar aging model на:
Equation-based
Tabulated: temperature
Tabulated: time and temperature
Это уравнение задает терминальное увеличение сопротивления батареи из-за календарного старения:
где:
Voc является Normalized open-circuit voltage during storage, V/Vnom.
R0 является Internal resistance.
ti является выборкой времени, выведенной из параметра Vector of time intervals.
Ti выведен из параметра Vector of temperatures.
b является Linear scaling for voltage, b.
c является Constant offset for voltage, c.
d является Temperature-dependent exponential increase, d.
a является Time exponent, a.
q является элементарным зарядом электрона в C.
k является Постоянная Больцмана в J/K.
Если вы устанавливаете параметр Storage condition на Specify state-of-charge during storage
, блок преобразует состояние заряда во время устройства хранения данных в нормированное напряжение разомкнутой цепи с помощью сведенного в таблицу напряжения V0 против состояния заряда и температуры во время устройства хранения данных.
В возрасте терминального сопротивления продукт между терминальным сопротивлением, R0(SOC,T), увеличением сопротивления процента, dR0 и законом о степени, который описывает временную зависимость календарного старения:
где:
T является температурой батареи. Задайте точки останова T с помощью параметра Vector of temperatures, T при сведении в таблицу перегрева параметров.
Tst является Vector of storage temperatures.
tst,i и tst,i-1 являются выборками времени, выведенными из Vector of time intervals.
t0 принят, чтобы быть пустым.
tst,m является моментом вовремя, в который измеряется увеличение сопротивления, dR0.
В возрасте терминального сопротивления продукт между терминальным сопротивлением, R0(SOC,T) и dR0:
Существует несколько доступной встроенной параметризации для блока Battery (Table-Based).
Эти данные перед параметризацией позволяют вам настраивать блок, чтобы представлять компоненты определенными поставщиками. Параметризация этих батарей совпадает с таблицами данных производителя. Чтобы загрузить предопределенную параметризацию, нажмите на гиперссылку Select a predefined parameterization в маске блока Battery (Table-Based) и выберите часть, которую вы хотите использовать из списка доступных компонентов.
Доступное предварительно параметрированное устойчивое состояние модели данных электрические параметры литий-ионного аккумулятора. Изменение в серийном сопротивлении с жизнью цикла батареи, количеством тепла и динамическими параметрами сети RC не параметрируется. Вместо этого сетевое сопротивление резисторов сети RC суммировано к серийному сопротивлению определенных предварительно параметрированных данных. Если необходимо заполнить данные о параметре RC, вычтите сетевое сопротивление сети RC из серийных данных о сопротивлении.
Доступные данные параметрируются для 1C выброс, текущий максимум для 99% глубины выброса. Простые исчезающие параметры даны для одной температуры.
Примечание
Предопределенная параметризация компонентов Simscape использует доступные источники данных для предоставления значений параметров. Техническое решение и упрощение предположений используются, чтобы заполнить для недостающих данных. В результате отклонения между симулированным и фактическим физическим поведением должны ожидаться. Чтобы гарантировать необходимую точность, необходимо подтвердить симулированное поведение против экспериментальных данных и совершенствовать модели компонента по мере необходимости.
Быстрая функция графика позволяет вам визуализировать зарядную характеристику напряжения для значений параметра модели батареи. Чтобы построить характеристики, щелкните правой кнопкой по блоку Battery (Table-Based) по своей модели и, из контекстного меню, выберите Electrical> Basic characteristics. Программное обеспечение автоматически вычисляет набор условий смещения, на основе значений параметров блоков, и создает окно фигуры, содержащее график напряжения без загрузок по сравнению с состоянием заряда (SOC) для блока. Для получения дополнительной информации см. График Основные Характеристики для Блоков Батареи.