С помощью инструментов MathWorks ®, методов оценки и измеренных данных литий-ионной или свинцово-кислотной батареи можно создать параметры для блока эквивалентной батареи. Блок эквивалентной электрической батареи реализует резисторно-конденсаторную батарею с напряжением разомкнутой цепи, последовательным сопротивлением и парами RC от 1 до N. Количество пар RC отражает количество постоянных времени, которые характеризуют переходные процессы батареи. Обычно количество пар RC колеблется от 1 до 5.
Чтобы создать данные параметров для блока эквивалентной электрической батареи, выполните следующие действия. На этих этапах используются методы численной оптимизации для определения количества рекомендуемых пар RC, обеспечения начальных оценок параметров схемы модели батареи и оценки параметров для соответствия модели экспериментальным данным импульсного разряда. Результаты предоставляют данные о напряжении разомкнутой цепи, последовательном сопротивлении и параметрах пар RC для блока эквивалентной электрической батареи.
Шаги рабочего процесса используют этот пример сценария и моделей для литий-ионной полимерной (LiPo) батареи:
Сценарий оценки разрядки батареи Example_DischargePulseEstimation.
Модель BatteryEstim3RC_PTBS.
Модель BatteryEstim3RC_PTBS_EQ.
Пример сценария разрядки батареи использует класс батареи для управления процессом оценки параметров.
| Технологический процесс | Описание | Дополнительные инструменты MathWorks |
|---|---|---|
| Шаг 1: Загрузка и предварительная обработка данных | Загрузка и предварительная обработка данных о напряжении разряда аккумулятора и токе. | Ничего |
| Шаг 2: Определение количества пар RC | Определите количество необходимых временных констант (TC) для оценки. | Toolbox™ фитинга кривой |
| Шаг 3: Параметры оценки | Для данных разрядки аккумулятора оцените и оптимизируйте:
Используйте модель, использующую блок Estimate Equivalent Circuit Battery. | Панель инструментов «Фитинг кривой», Toolbox™ параллельных вычислений, Toolbox™ оптимизации и Optimization™ проектирования Simulink ® |
| Шаг 4: Установка параметров блока аккумуляторной батареи эквивалентной цепи | Задайте следующие параметры блока:
| Ничего |
Рабочий процесс поддерживает последовательности импульсных разрядов от 100% до 0% состояния заряда (SOC).
Требования к данным включают в себя:
Временной ряд, состоящий из тока и напряжения от экспериментального импульсного разряда. Для каждого экспериментального набора данных температура является постоянной. Частота дискретизации должна быть не менее 1 Гц с идеальной частотой 10 Гц. В этой таблице приведены требования к точности.
| Измерение | Точность | Идеал |
|---|---|---|
| Напряжение | ± 5 мВ | ± 1 мВ |
| Ток | ± 100 мА | ± 10 мА |
| Температура | ± 1 ° C | ± 1 ° C |
Изменение SOC для каждого импульса не должно превышать 5%.
Сбор данных при высоком или низком SOC может потребовать модификации для обеспечения безопасности.
Достаточное время релаксации после каждого импульса для обеспечения того, чтобы аккумулятор приближался к стационарному напряжению.
Загрузите данные о времени батареи, напряжении и разрядке. Разбейте данные на Battery.Pulse объекты. Например, загрузить и предварительно обработать данные разряда для литий-ионной полимерной (LiPo) батареи, используя Step1: Load and Preprocess Data команды в Example_DischargePulseEstimation сценарий.
Последовательность импульсов
Идентификация импульсов
Определите, сколько пар RC следует использовать в модели. Можно исследовать, сколько пар RC использовать, выполнив команду Step 2: Determine the Number of RC Pairs команды в Example_DischargePulseEstimation сценарий. В примере сценария используется BatteryEstim3RC_PTBS модель.
Сравните постоянные времени (TC) для каждого импульса. В этом примере сравниваются три импульса.
Сравнение TC, импульс 3 из 3
Оцените параметры. Можно исследовать оценку параметров, выполнив команду Step 3: Estimate Parameters команды в Example_DischargePulseEstimation сценарий.
Осмотрите напряжение непосредственно перед и после подачи тока и снимите его в начале и конце каждого импульса. Метод оценки использует напряжение для необработанного вычисления для оценки напряжения (Em) разомкнутой цепи и последовательного сопротивления (R0).
Таблицы параметров
Для оценки постоянной времени RC (Tau) в каждом SOC используйте метод подбора кривой для релаксации импульса.
Релаксация Тау Фит
Постройте график параметров и данных импульсной последовательности и сравнения моделирования.
Таблицы параметров
Последовательность импульсов
Определить параметры и установить исходные значения с помощью линейного системного подхода, поимпульсного.
Линейная посадка
Оптимизируйте оценки Em, R0, Rx и Tau с помощью Simulink Design Optimization.
Идентификация импульсов
Установите для параметров блока эквивалентной цепи батареи значения, определенные на шаге 3. Чтобы исследовать установку параметров блока, выполните команду Step 4: Set Equivalent Circuit Battery Block Parameters команды в Example_DischargePulseEstimation сценарий. Эксперимент проводился при двух постоянных температурах. Существует три RC-пары. Значения параметров блока эквивалентной цепи батареи приведены в следующей таблице:
| Параметр | Примерное значение |
|---|---|
Количество пар RC серии | 3 |
Данные таблицы напряжения разомкнутой цепи, ЭМ | EmPrime = repmat(Em,2,1)'; |
Данные таблицы сопротивления серии, R0 | R0Prime = repmat(R0,2,1)'; |
Состояние точек останова, SOC_BP | SOC_LUTPrime = SOC_LUT; |
Температурные точки останова, Temperature_BP | TempPrime = [303 315.15]; |
Таблица емкости аккумулятора | CapacityAhPrime = [CapacityAh CapacityAh]; |
Данные таблицы сетевого сопротивления, R1 | R1Prime = repmat(Rx(1,:),2,1)'; |
Данные таблицы емкости сети, C1 | C1Prime = repmat(Tx(1,:)./Rx(1,:),2,1)'; |
Данные таблицы сетевого сопротивления, R2 | R2Prime = repmat(Rx(2,:),2,1)'; |
Данные таблицы емкости сети, C2 | C2Prime = repmat(Tx(2,:)./Rx(2,:),2,1)'; |
Данные таблицы сетевого сопротивления, R3 | R3Prime = repmat(Rx(3,:),2,1)'; |
Данные таблицы емкости сети, C3 | C3Prime = repmat(Tx(3,:)./Rx(3,:),2,1)'; |
[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.
Эквивалентная электрическая батарея | Оценка эквивалентной электрической батареи