Эквивалентная электрическая батарея

Батарея резисторно-конденсаторная (RC)

Библиотека:
Блок силового агрегата/Накопитель энергии и вспомогательный привод/сетевая батарея

Описание

Блок эквивалентной электрической батареи реализует резисторно-конденсаторную батарею, которую можно параметризовать с помощью эквивалентного моделирования электрической цепи (ECM). Для моделирования состояния заряда (SOC) и напряжения на клемме блок использует ток нагрузки и внутреннюю температуру активной зоны.

Блок эквивалентной батареи вычисляет комбинированное напряжение сетевой батареи с помощью таблиц поиска параметров. Таблицы являются функциями SOC и температуры батареи. Для создания таблиц поиска можно использовать блок Estimate Equivalent Circuit Battery.

В частности, блок эквивалентной электрической батареи реализует эти параметры в виде таблиц поиска, которые являются функциями SOC и температуры батареи:

Сопротивление серии, _Ro = (SOC, T)
Напряжение разомкнутой цепи батареи, _Em = (SOC, T)
Емкость батареи, _Cbatt = (T)
Сопротивление сети, _Rn = (SOC, T)
Емкость сети, _Cn = (SOC, T)

Для вычисления комбинированного напряжения аккумуляторной сети блок использует эти уравнения.

$\begin{array}{l} _{}_{}_{}_{}_{}^{}_{} \\ _{}_{}^{} \frac{_{}}{_{}} \frac{_{}}{_{}_{}} \\ \frac{}{_{}}_{}^{}_{} \\ _{} \frac{_{}}{_{}} \\ _{}_{}_{} \\ _{}_{}^{}_{}_{}^{} \frac{_{}^{}}{_{}} \\ _{}_{}^{}_{} VT=Em−IbattRo−∑1nVnVn=∫0t[IbattCn−VnRnCn]dtSOC=−1Cbatt∫0tIbattdtIbatt=IinNpVout=NsVTPBattLoss=Ibatt2R0+∑1nVn2RnLdAmpHr=∫0tIbattdt \end{array}$

Положительный ток указывает на разряд батареи. Отрицательный ток указывает на заряд батареи.

Учет мощности

Для учета мощности блок реализует эти уравнения.

Сигнал шины Описание Уравнения

Сигнал шины	Описание	Уравнения
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd` - Мощность, передаваемая между блоками Положительные сигналы указывают на поток в блок Отрицательные сигналы указывают на выход потока из блока	`PwrLdBatt`	Питание аккумуляторной сети	$\begin{array}{l} _{Vbatt} =_{} Vout OR \frac{_{}}{Voutstarts +} \\ _{} 1Pbatt =_{-}_{} \\ _{} {VbattIbattPLdBatt}_{= -} \end{array}$ Pbatt
`PwrNotTrnsfrd` - Мощность, пересекающая границу блока, но не передаваемая Положительные сигналы указывают на вход Отрицательные сигналы указывают на потерю	`PwrLossBatt`	Потеря питания аккумуляторной сети	$_{PLossBatt} = -_{(}^{}_{}_{}^{} \frac{_{}^{}}{_{}}$ Ibatt2R0+∑1nVn2Rn)
`PwrStored` - Скорость изменения накопленной энергии Положительные сигналы указывают на увеличение Отрицательные сигналы указывают на снижение	`PwrStoredBatt`	Питание аккумуляторной сети сохранено	$_{PStoredBatt} =_{} {PBatt}_{+}$ PLossBatt

PwrInfo

PwrTrnsfrd - Мощность, передаваемая между блоками

Положительные сигналы указывают на поток в блок
Отрицательные сигналы указывают на выход потока из блока

PwrLdBatt

Питание аккумуляторной сети

$\begin{array}{l} _{Vbatt} =_{} Vout OR \frac{_{}}{Voutstarts +} \\ _{} 1Pbatt =_{-}_{} \\ _{} {VbattIbattPLdBatt}_{= -} \end{array}$ Pbatt

PwrNotTrnsfrd - Мощность, пересекающая границу блока, но не передаваемая

Положительные сигналы указывают на вход
Отрицательные сигналы указывают на потерю

PwrLossBatt

Потеря питания аккумуляторной сети

$_{PLossBatt} = -_{(}^{}_{}_{}^{} \frac{_{}^{}}{_{}}$ Ibatt2R0+∑1nVn2Rn)

PwrStored - Скорость изменения накопленной энергии

Положительные сигналы указывают на увеличение
Отрицательные сигналы указывают на снижение

PwrStoredBatt

Питание аккумуляторной сети сохранено

$_{PStoredBatt} =_{} {PBatt}_{+}$ PLossBatt

Уравнения используют эти переменные.

SOC	Состояние зарядки
_Их	Напряжение разомкнутой цепи батареи
_Ibatt	Ток батареи на модуль
_Iin	Комбинированный ток, протекающий от аккумуляторной сети
_Ro	Последовательное сопротивление
_Np	Число параллельных ветвей
_Np	Количество последовательных пар RC
_Vout, _VT	Комбинированное напряжение аккумуляторной сети
_Vn	Напряжение для `n`-я пара RC
_Rn	Сопротивление для `n`-я пара RC
_Cn	Емкость для `n`-я пара RC
_Cbatt	Емкость аккумулятора
_Pbatt	Питание от аккумулятора
_PLossBatt	Отрицательный результат потери питания аккумуляторной сети
_PBattLoss	Потеря питания аккумуляторной сети
_PStoredBatt	Питание аккумуляторной сети сохранено
_PLdBatt	Питание аккумуляторной сети
T	Температура батареи

Порты

Исходные данные

развернуть все

`CapInit` - Емкость аккумулятора
`scalar`

Номинальная емкость батареи при номинальной температуре, _Capbatt, в А· ч.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите External Input для параметра Начальная емкость батареи.

`BattCurr` - Ток аккумуляторной сети
`scalar`

Комбинированный ток, протекающий от аккумуляторной сети, _Iin, в А.

`BattTemp` - Температура аккумулятора
`scalar`

Температура батареи, Т, в К.

Продукция

развернуть все

`Info` - Сигнал шины
автобус

Сигнал шины, содержащий эти блочные вычисления.

Сигнал			Описание	Переменная	Единицы
`BattCurr`			Комбинированный ток, протекающий от аккумуляторной сети	_Ibatt	A
`BattAmpHr`			Энергия батареи	_LdAmpHr	A * h
`BattSoc`			Мощность в состоянии зарядки	SOC	НА
`BattVolt`			Комбинированное напряжение аккумуляторной сети	_Vout	V
`BattPwr`			Питание от аккумулятора	_Pbatt	W
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd`	`PwrLdBatt`	Питание аккумуляторной сети	_PLdBatt	W
	`PwrNotTrnsfrd`	`PwrLossBatt`	Потеря питания аккумуляторной сети	_PLossBatt	W
	`PwrStored`	`PwrStoredBatt`	Питание аккумуляторной сети сохранено	_PStoredBatt	W

`BattVolt` - Выходное напряжение батареи
`scalar`

Комбинированное напряжение аккумуляторной сети, _Vout, в В.

Параметры

развернуть все

Параметры блока

`Initial battery capacity` - Ввод или параметр
`Parameter` (по умолчанию) | `External Input`

Начальная емкость батареи, _Capbatt, в А.

Зависимости

Параметр блока Вариант начальной емкости батареи	Создает
`External Input`	Входной порт `CapInit`
`Parameter`	Параметр Начальная емкость батареи, BattCapInit

`Output battery voltage` - нефильтрованный или фильтрующий
`Unfiltered` (по умолчанию) | `Filtered`

Выбрать Filtered для применения фильтра первого порядка к выходному напряжению бита.

Зависимости

Установка параметра выходного напряжения батареи в значение Filtered создает следующие параметры:

Выходная постоянная напряжения батареи, Tc
Начальное значение выходного напряжения батареи, Vinit

Аккумуляторная батарея

`Number of series RC pairs` - пары RC
`1` (по умолчанию) | `2` | `3` | `4` | `5`

Количество пар RC серии. Для лития обычно 1 или 2.

`Open circuit voltage Em table data, Em` - Таблица напряжений
`[3.5042 3.5136; 3.5573 3.5646; 3.6009 3.6153; 3.6393 3.6565; 3.6742 3.6889; 3.7121 3.7214; 3.7937 3.8078; 3.8753 3.8945; 3.97 3.9859; 4.0764 4.0821; 4.1924 4.193]` (по умолчанию) | `array`

Таблица напряжения разомкнутой цепи, _Em, in V. Функция SOC и температура батареи.

`Series resistance table data, R0` - Сопротивление
`array`

Таблица сопротивления серии, _Ro, в омах. Функция SOC и температуры батареи.

`State of charge breakpoints, SOC_BP` - точки останова SOC
`[0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1]` (по умолчанию) | `vector`

Точки останова (SOC), безразмерные.

`Temperature breakpoints, Temperature_BP` - Аккумулятор
`[293.15 313.15]` (по умолчанию) | `vector`

Температурные точки останова аккумулятора, К.

`Battery capacity table, BattCap` - Мощность
`[28 28]` (по умолчанию) | `array`

Емкость батареи, _Cbatt, в А. Функция температуры батареи.

`Initial battery capacity, BattCapInit` - Мощность
`28` (по умолчанию) | `scalar`

Начальная емкость батареи, _Capbatt, в А.

Зависимости

Параметр блока Вариант начальной емкости батареи	Создает
`External Input`	Входной порт `CapInit`
`Parameter`	Параметр Начальная емкость батареи, BattCapInit

`Initial capacitor voltage, InitialCapVoltage` - Напряжение
`0` (по умолчанию) | `array`

Начальное напряжение конденсатора, в В. Размерность вектора должна равняться Числу последовательных пар RC.

`Output battery voltage time constant, Tc` - Постоянная времени фильтра
`1/1000` (по умолчанию) | `scalar`

Выходная постоянная времени напряжения батареи, _Tc, в с. Используется в фильтре напряжения первого порядка.

Зависимости

Установка параметра выходного напряжения батареи в значение Filtered создает следующие параметры:

Выходная постоянная напряжения батареи, Tc
Начальное значение выходного напряжения батареи, Vinit

`Output battery voltage initial value, Vinit` - Начальное напряжение фильтра
`4.193` (по умолчанию) | `scalar`

Начальное значение выходного напряжения батареи, _Vinit, in V. Используется в фильтре напряжения первого порядка.

Зависимости

Установка параметра выходного напряжения батареи в значение Filtered создает следующие параметры:

Выходная постоянная напряжения батареи, Tc
Начальное значение выходного напряжения батареи, Vinit

Данные таблицы R и C

`Network resistance table data, Rn` - Таблица подстановки
`[0.010342 0.0012244; 0.0067316 0.0011396; 0.0051156 0.0012661; 0.0043447 0.0012265; 0.0038826 0.0011163; 0.0034226 0.0009968; 0.003346 0.0011458; 0.0033222 0.001345; 0.0033201 0.0013091; 0.0032886 0.0010986; 0.0028114 0.0010309]` (по умолчанию) | `array`

Данные таблицы сетевого сопротивления для n-я пара RC, в омах, как функция от SOC и температуры батареи.

`Network capacitance table data, Cn` - Таблица подстановки
`[2287.7 11897; 6122 24515; 18460 42098; 20975 44453; 15254 33098; 10440 24492; 13903 32975; 16694 40007; 15784 35937; 12165 26430; 9118 24795]` (по умолчанию) | `array`

Данные таблицы сетевой емкости для n-я пара RC, в F, как функция от SOC и температуры батареи.

Пределы ячеек

`Upper integrator voltage limit, Vu` - Максимум
`-Inf` (по умолчанию) | `scalar`

Верхний предел напряжения, в В.

`Lower integrator voltage limit, Vl` - Минимум
`-Inf` (по умолчанию) | `scalar`

Нижний предел напряжения, в В.

Примеры модели

Справочное приложение EV

Моделирование модели EV с помощью двигателя-генератора, аккумулятора, трансмиссии с прямым приводом и соответствующих алгоритмов управления силовым агрегатом. Используйте для анализа согласования силового агрегата и выбора компонентов, проектирования алгоритмов управления и диагностики, а также тестирования аппаратного обеспечения в контуре (HIL).

Ссылки

[1] Ахмед, R., Й. Гаццарри, Р. Джеки, С. Онори, С. Хэбиби, и др. «Определение параметров на основе моделей здоровых и пожилых Li-ионных батарей для применения в электромобилях». SAE International Journal of Alternative Powertrains. дои: 10,4271/2015-01-0252, 4 (2): 2015.

[2] Газзарри, Дж., Н. Шривастава, Р. Джеки и К. Боргезани. «Моделирование, моделирование и развертывание батарейного блока на многоядерном целевом устройстве реального времени». SAE International Journal of Aerospace. дои: 10,4271/2014-01-2217, 7 (2): 2014.

[3] Хуриа, Т., М. Цераоло, Дж. Гаццарри и Р. Джеки. «Электрическая модель высокой точности с тепловой зависимостью для характеристики и моделирования литиевых аккумуляторных элементов высокой мощности». Международная конференция по электромобилям IEEE ®. Март 2012, стр. 1-8.

[4] Хуриа, Т., М. Цераоло, Дж. Гаццарри и Р. Джеки. «Упрощенный расширенный фильтр Калмана для оценки SOC элементов литиевых батарей LFP, ориентированных на коммерческую энергию». Технический документ SAE 2013-01-1544. дои: 10.4271/2013-01-1544, 2013.

[5] Джеки, Р. «Простой, эффективный процесс моделирования свинцово-кислотных батарей для выбора компонентов электрической системы». Технический документ SAE 2007-01-0778. дои: 10.4271/2007-01-0778, 2007.

[6] Джеки, Р., Г. Плетт и М. Кляйн. «Параметризация имитационной модели батареи с использованием числовых методов оптимизации». Технический документ SAE 2009-01-1381. дои: 10.4271/2009-01-1381, 2009.

[7] Джеки, Р., М. Сагино, Т. Хуриа, М. Цераоло, П. Сангви и Дж. Газзарри. «Оценка параметров модели батареи с использованием слоистой технологии: пример использования литиевого железофосфатного элемента». Технический документ SAE 2013-01-1547. Уоррендейл, Пенсильвания: SAE International, 2013.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Лист технических данных Аккумулятор | Оценка эквивалентной электрической батареи

Темы

Представлен в R2017a

Документация

Эквивалентная электрическая батарея

Описание

Учет мощности

Порты

Исходные данные

CapInit - Емкость аккумулятора scalar

Зависимости

BattCurr - Ток аккумуляторной сети scalar

BattTemp - Температура аккумулятора scalar

Продукция

Info - Сигнал шины автобус

BattVolt - Выходное напряжение батареи scalar

Параметры

Initial battery capacity - Ввод или параметр Parameter (по умолчанию) | External Input

Зависимости

Output battery voltage - нефильтрованный или фильтрующий Unfiltered (по умолчанию) | Filtered

Зависимости

Number of series RC pairs - пары RC 1 (по умолчанию) | 2 | 3 | 4 | 5

Open circuit voltage Em table data, Em - Таблица напряжений [3.5042 3.5136; 3.5573 3.5646; 3.6009 3.6153; 3.6393 3.6565; 3.6742 3.6889; 3.7121 3.7214; 3.7937 3.8078; 3.8753 3.8945; 3.97 3.9859; 4.0764 4.0821; 4.1924 4.193] (по умолчанию) | array

Series resistance table data, R0 - Сопротивление array

State of charge breakpoints, SOC_BP - точки останова SOC [0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1] (по умолчанию) | vector

Temperature breakpoints, Temperature_BP - Аккумулятор [293.15 313.15] (по умолчанию) | vector

Battery capacity table, BattCap - Мощность [28 28] (по умолчанию) | array

Initial battery capacity, BattCapInit - Мощность 28 (по умолчанию) | scalar

Зависимости

Initial capacitor voltage, InitialCapVoltage - Напряжение 0 (по умолчанию) | array

Output battery voltage time constant, Tc - Постоянная времени фильтра 1/1000 (по умолчанию) | scalar

Зависимости

Output battery voltage initial value, Vinit - Начальное напряжение фильтра 4.193 (по умолчанию) | scalar

Зависимости

Network capacitance table data, Cn - Таблица подстановки [2287.7 11897; 6122 24515; 18460 42098; 20975 44453; 15254 33098; 10440 24492; 13903 32975; 16694 40007; 15784 35937; 12165 26430; 9118 24795] (по умолчанию) | array

Upper integrator voltage limit, Vu - Максимум -Inf (по умолчанию) | scalar

Lower integrator voltage limit, Vl - Минимум -Inf (по умолчанию) | scalar

Примеры модели

Справочное приложение EV

Ссылки

Расширенные возможности

Создание кода C/C + + Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Темы

Документация по блокам силового агрегата

Поддержка

`CapInit` - Емкость аккумулятора
`scalar`

`BattCurr` - Ток аккумуляторной сети
`scalar`

`BattTemp` - Температура аккумулятора
`scalar`

`Info` - Сигнал шины
автобус

`BattVolt` - Выходное напряжение батареи
`scalar`

`Initial battery capacity` - Ввод или параметр
`Parameter` (по умолчанию) | `External Input`

`Output battery voltage` - нефильтрованный или фильтрующий
`Unfiltered` (по умолчанию) | `Filtered`

`Number of series RC pairs` - пары RC
`1` (по умолчанию) | `2` | `3` | `4` | `5`

`Open circuit voltage Em table data, Em` - Таблица напряжений
`[3.5042 3.5136; 3.5573 3.5646; 3.6009 3.6153; 3.6393 3.6565; 3.6742 3.6889; 3.7121 3.7214; 3.7937 3.8078; 3.8753 3.8945; 3.97 3.9859; 4.0764 4.0821; 4.1924 4.193]` (по умолчанию) | `array`

`Series resistance table data, R0` - Сопротивление
`array`

`State of charge breakpoints, SOC_BP` - точки останова SOC
`[0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1]` (по умолчанию) | `vector`

`Temperature breakpoints, Temperature_BP` - Аккумулятор
`[293.15 313.15]` (по умолчанию) | `vector`

`Battery capacity table, BattCap` - Мощность
`[28 28]` (по умолчанию) | `array`

`Initial battery capacity, BattCapInit` - Мощность
`28` (по умолчанию) | `scalar`

`Initial capacitor voltage, InitialCapVoltage` - Напряжение
`0` (по умолчанию) | `array`

`Output battery voltage time constant, Tc` - Постоянная времени фильтра
`1/1000` (по умолчанию) | `scalar`

`Output battery voltage initial value, Vinit` - Начальное напряжение фильтра
`4.193` (по умолчанию) | `scalar`

`Network capacitance table data, Cn` - Таблица подстановки
`[2287.7 11897; 6122 24515; 18460 42098; 20975 44453; 15254 33098; 10440 24492; 13903 32975; 16694 40007; 15784 35937; 12165 26430; 9118 24795]` (по умолчанию) | `array`

`Upper integrator voltage limit, Vu` - Максимум
`-Inf` (по умолчанию) | `scalar`

`Lower integrator voltage limit, Vl` - Минимум
`-Inf` (по умолчанию) | `scalar`

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™