Батарея

Типовая модель аккумулятора

Библиотека:
Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / Источники

Описание

Блок Battery реализует общую динамическую модель, которая представляет наиболее популярные типы перезаряжаемых батарей.

На этом рисунке показана эквивалентная схема, которую моделируют блоки.

Характеристики заряда и разряда

Параметры схемы могут быть изменены для представления конкретного типа батареи и ее разрядных характеристик. Типичная кривая разряда состоит из трех секций.

Первая секция представляет экспоненциальное падение напряжения при зарядке батареи. Ширина капли зависит от типа батареи. Вторая секция представляет заряд, который может быть извлечен из батареи до тех пор, пока напряжение не упадет ниже номинального напряжения батареи. Наконец, третья секция представляет полный разряд батареи, когда напряжение быстро падает.

Когда ток батареи отрицательный, батарея перезаряжается, следуя характеристике заряда.

Параметры модели определяются на основе характеристик разряда. Предполагается, что характеристики разрядки и зарядки одинаковы.

Передаточная функция Exp (s) представляет явление гистерезиса для свинцово-кислотных, никель-кадмиевых (NiCD) и никель-металлгидридных (NiMH) батарей во время циклов зарядки и разрядки. Экспоненциальное напряжение увеличивается при зарядке батареи, независимо от состояния заряда батареи. Когда батарея разряжается, экспоненциальное напряжение немедленно уменьшается.

Состояние заряда (SOC) для батареи является мерой заряда батареи, выраженной в процентах от полного заряда. Глубина разряда (DOD) является числовым дополнением SOD, так что DOD = 100% - SOC.

Например, если SOC:

100% - батарея полностью заряжена и DOD составляет 0%.
75% - аккумулятор заряжен на 3/4, а DOD - на 25%.
50% - аккумулятор заряжен на 1/2, а DOD - на 50%.
0% - батарея имеет заряд 0, а DOD - 100%.

Проверка модели

Экспериментальная валидация модели показывает максимальную погрешность 5% (когда SOC составляет от 10% до 100%) для динамики заряда (когда ток составляет от 0 до 2 ° C) и разряда (когда ток составляет от 0 до 5 ° C).

Параметризация

Извлечь параметры батареи из листов технических данных

На этом рисунке показаны подробные параметры, извлеченные из спецификации батареи Panasonic NiMH-HHR650D.

Номинальную мощность и внутреннее сопротивление можно получить из таблиц спецификаций. Другие подробные параметры получены из графика «Типичные характеристики разряда».

Параметр	Стоимость
Номинальная мощность	`6.5` Ах
Внутреннее сопротивление	`2` mΩ
Номинальное напряжение (a)	`1.18` V
Номинальная мощность	`6.5` Ах
Максимальная емкость (b)	`7` Ах (`5.38` h * `1.3` A)
Полностью заряженное напряжение (c)	`1.39` V
Номинальный ток разряда (d)	`1.3` A
Емкость при номинальном напряжении (a)	`6.25` Ах
Экспоненциальное напряжение (e)	`1.28` V
Экспоненциальная емкость (e)	`1.3` Ах

Эти параметры являются приблизительными и зависят от точности точек, полученных на кривой разряда.

Кривые разгрузки, полученные из этих параметров, которые отмечены пунктирными линиями на следующих рисунках, аналогичны кривым спецификации.

Для представления температурных эффектов типа литий-ионной (Li-ионной) батареи требуется дополнительная кривая разрядки при температуре окружающей среды, которая отличается от номинальной температуры, и параметры термического отклика. Дополнительные кривые разрядки обычно не приводятся в листе данных и могут потребовать проведения простых экспериментов. Следующие примеры показывают параметры, извлеченные из A123 Li-железо-фосфат ANR26650M1 и Panasonic Li-кобальт-оксид CGR 18,650 AF аккумуляторной батареи.

Технические характеристики A123 ANR26650M1 включают требуемые точки кривой разгрузки и другие требуемые параметры.

Эти параметры получены на основании технических спецификаций для Литий-ионной температурно-зависимой модели батареи A123.

Параметр	Стоимость
Номинальное напряжение (c)	`3.22` V
Номинальная мощность	`2.3` Ах
Максимальная вместимость (d)	`2.3` Ах
Полностью заряженное напряжение (a)	`3.7` V
Номинальный ток разряда	`2.3` A
Внутреннее сопротивление	`10` mΩ
Емкость при номинальном напряжении (c)	`2.07` Ах
Экспоненциальная зона (b)	[`3.4` V, `0.23` Ах]
Номинальная температура окружающей среды	`25`° C
Вторая температура окружающей среды	`0`° C
Максимальная вместимость при 0 ° C (h)	`2.208` Ах
Начальное напряжение разряда при 0 ° C (e)	`3.45` V
Напряжение при максимальной емкости 90% при 0 ° C (g)	`2.8` V
Экспоненциальная зона при 0 ° C (f)	[`3.22` V, `0.23` Ах]
Термостойкость, от ячейки до окружающей среды (расчетная)	`0.6`
Температурная постоянная времени, от ячейки до окружающей среды (расчетная)	`1000`

На чертеже пунктирные линии показывают кривые разрядов, полученные при моделировании при различных температурах окружающей среды. Производительность модели очень близка к результатам технических характеристик.

Такой же подход к извлечению параметров применяется к литий-ионным CGR18650AF Panasonic с этими спецификациями.

Эти параметры извлекаются для модели батареи.

Параметр	Стоимость
Номинальное напряжение (c)	`3.3` V
Номинальная мощность	`2.05` Ах
Максимальная вместимость (d)	`2` Ах
Полностью заряженное напряжение (a)	`4.2` V
Номинальный ток разряда	`1.95` A
Внутреннее сопротивление (расчетное)	`16.5` mΩ
Емкость при номинальном напряжении (c)	`1.81` Ах
Экспоненциальная зона (b)	[`3.71` V, 0,6 А· ч]
Номинальная температура окружающей среды	`25`° C
Вторая температура окружающей среды	`0`° C
Максимальная вместимость при 0 ° C (h)	`1.78` Ах
Начальное напряжение разряда при 0 ° C (e)	`4` V
Напряжение при максимальной емкости 90% при 0 ° C (g)	`3.11` V
Экспоненциальная зона при 0 ° C (f)	[`3.8` V, `0.2` Ах]
Термостойкость, от ячейки до окружающей среды (расчетная)	`0.06`
Температурная постоянная времени, от ячейки до окружающей среды (расчетная)	`1000`

На рисунке показано хорошее соответствие между моделируемыми кривыми разряда (представленными пунктирными линиями) и кривыми спецификации. Точность модели зависит от того, насколько точны выбранные точки из кривых разгрузки листа данных.

Ячейки модели последовательно и/или параллельно

Для моделирования последовательной и/или параллельной комбинации ячеек на основе параметров одной ячейки можно использовать преобразование параметров, показанное в следующей таблице. Nb_ser переменная соответствует количеству ячеек в последовательности, и Nb_par соответствует числу параллельных ячеек.

Параметр	Стоимость
Номинальное напряжение	1.18 * Nb_ser
Номинальная мощность	6,5 * Nb_par
Максимальная вместимость	7 * Nb_par
Полностью заряженное напряжение	1.39 * Nb_ser
Номинальный ток разряда	1.3 * Nb_par
Внутреннее сопротивление	0,002 * Nb_ser/Nb_par
Емкость при номинальном напряжении	6.25 * Nb_par
Экспоненциальная зона	1,28 * Nb_ser, 1,3 * Nb_par

Уравнения

Для типа свинцово-кислотной батареи модель использует эти уравнения.

Модель разгрузки (i * > 0)

$_{f1} (это, i *, i,_{} Exp) \frac{}{} \frac{}{}^{} \frac{=E0−K⋅QQ−it⋅i*−K⋅QQ−it⋅it+Laplace−1}{(Exp (} ы)$ Sel (ы) ⋅0)
Зарядная модель (i * < 0)

$_{f2} (это, i *, i,_{} Exp) \frac{}{} \frac{}{}^{} \frac{=E0−K⋅Qit+0.1⋅Q⋅i*−K⋅QQ−it⋅it+Laplace−1}{(Exp (} ы \frac{)}{}$ Sel (ы) ⋅1s)

Для типа литий-ионной батареи модель использует эти уравнения.

Модель разгрузки (i * > 0)

$_{f1} (он, i *,_{i}) \frac{}{} \frac{}{} =E0−K⋅QQ−it⋅i*−K⋅QQ−it⋅it+A⋅exp ($ −B⋅it)
Зарядная модель (i * < 0)

$_{f2} (он, i *,_{i}) \frac{}{} \frac{}{} =E0−K⋅Qit+0.1⋅Q⋅i*−K⋅QQ−it⋅it+A⋅exp ($ −B⋅it)

Для никель-кадмиевой и никель-металлгидридной батарей модель использует эти уравнения.

Модель разгрузки (i * > 0)

$_{f1} (это, i *, i,_{} Exp) \frac{}{} \frac{}{}^{} \frac{=E0−K⋅QQ−it⋅i*−K⋅QQ−it⋅it+Laplace−1}{(Exp (} ы)$ Sel (ы) ⋅0)
Зарядная модель (i * < 0)

$_{f2} (это, i *, i,_{} Exp) \frac{}{} \frac{}{}^{} \frac{=E0−K⋅Q'it|+0.1⋅Q⋅i*−K⋅QQ−it⋅it+Laplace−1}{(Exp (} ы \frac{)}{}$ Sel (ы) ⋅1s).

В уравнениях:
- _EBatt - нелинейное напряжение, в В.
- E0 - постоянное напряжение, в В.
- Exp (s) - экспоненциальная зональная динамика, в В.
- Sel (s) представляет режим батареи. Sel (s) =0 во время разряда батареи, Sel (s) =1 во время зарядки аккумулятора.
- K - постоянная поляризации в V/Ah или сопротивление поляризации в Ом.
- i * - динамика тока низкой частоты, в А.
- i - ток батареи, в А.
- это извлеченная емкость, в Ah.
- Q - максимальная емкость батареи, в А· ч.
- A - экспоненциальное напряжение, в В.
- B - экспоненциальная ёмкость, в Ah ⁻ 1.

Уравнения температурного эффекта

Для типа литий-ионной батареи влияние температуры на параметры модели представлено этими уравнениями.

Модель разгрузки (i * > 0)

$_{f1} (это, i *, i_{,} T,_{} Ta) = E0 \frac{(T)_{} -}{K_{(} T)} \cdotQ (Ta) Q (Ta) -it\cdot (i * +$ это) +A⋅exp (−B⋅it) −C⋅it

$_{Vbatt} (T)_{=} f1 (он, i_{*,} i, T,$ Ta) − R (T) ⋅i
Зарядная модель (i * < 0)

$_{f1} (это, i *, i_{,} T,_{} Ta) = E0 \frac{(T)_{} -}{K (T) \cdotQ_{(}} Ta) \frac{it+0.1\cdotQ_{(}}{Ta)_{} ⋅i*−K} (T) ⋅Q (Ta) Q (Ta)$ −it⋅it+A⋅exp (−B⋅it) −C⋅it

$_{Vbatt} (T)_{=} f1 (он, i_{*,} i, T, Ta$ ) − R (T) ⋅i,

с

$_{E0} (T)_{}_{_{}} \frac{}{} =E0|Tref+∂E∂T (_{T -}$ Tref)

$K (T)_{_{}} =K'Tref⋅exp \frac{(}{α} \frac{(}{_{1T -}}$ 1Треф))

$Q (_{} Ta)_{_{}} \frac{}{} {=Q'Ta+ΔQΔT⋅}_{} (_{Ta -}$ Tref)

$R (T)_{_{}} =R'Tref⋅exp \frac{(}{β} \frac{(}{_{1T -}}$ 1Треф)),

где:
- _Треф - номинальная температура окружающей среды, в К.
- T - температура ячейки или внутренняя температура в К.
- _Ta - температура окружающей среды, в К.
- E/T - коэффициент температуры реверсивного напряжения, в В/К.
- α - постоянная скорости Аррениуса для сопротивления поляризации.
- β - постоянная скорости Аррениуса для внутреннего сопротивления.
- ΔQ/ΔT - максимальный температурный коэффициент производительности в А/К.
- C - номинальный наклон кривой разряда в В/А. Для литий-ионных батарей с менее выраженными кривыми разрядки (таких как литий-железофосфатные батареи) этот параметр устанавливается равным нулю.
Температура ячейки или внутренняя температура T в любой данный момент времени t выражается как:

$T (t)^{=} L \frac{_{- 1} (_{}_{}}{_{}}$ PlossRth+Ta1+s⋅tc),

где:
- _Rth - термостойкость ячейки к воздействию окружающей среды (° C/W).
- _tc - постоянная теплового времени, от ячейки до окружающей среды (сред).
- _Ploss - общее тепло, выделяемое (W) в процессе зарядки или разгрузки, которое определяется
  
  $_{Плосс} =_{(} E0 (T_{) -} Vbatt (\frac{T)}{)}$ ⋅i+∂E∂T⋅i⋅T.

Уравнения эффекта старения

Для типа литий-ионной батареи влияние старения (вследствие циклического изменения) на емкость батареи и внутреннее сопротивление представлено следующими уравнениями:

$Q (n) \begin{array}{l} =_{{} QBOL - (n)_{} \cdot_{(} \begin{matrix} QBOL & - \end{matrix} \\ QEOL) \begin{matrix} \begin{matrix} \begin{matrix} \end{matrix} \end{matrix} & ifk/2≠0Q (n \end{matrix} \end{array}$ − 1) в противном случае

$R (n) \begin{array}{l} =_{{} RBOL + (n)_{} \cdot_{(} \begin{matrix} REOL & - \end{matrix} \\ RBOL) \begin{matrix} \begin{matrix} \begin{matrix} \end{matrix} \end{matrix} & ifk/2≠0R (n \end{matrix} \end{array}$ − 1) в противном случае

$n =_{} \begin{matrix} kTh (k = 1,2,3, \end{matrix}$ ... ∞)

где:

_Th - длительность полуцикла, в с. Полный цикл получается, когда батарея разряжается и заряжается или наоборот.
_QBOL - максимальная емкость батареи, в А· ч, в начале срока службы (BOL) и при номинальной температуре окружающей среды.
_QEOL - максимальная емкость батареи, в А· ч, в конце срока службы (EOL) и при номинальной температуре окружающей среды.
_RBOL - внутреннее сопротивление батареи, в Ом, в BOL и при номинальной температуре окружающей среды.
_REOL - внутреннее сопротивление батареи, в Ом, при EOL и при номинальной температуре окружающей среды.
λ - коэффициент старения аккумулятора. Коэффициент старения равен нулю и единице в BOL и EOL.

Коэффициент старения аккумуляторной батареи, λ, выражается как

$(n) \begin{array}{l} = {start(n \frac{−}{1) +} 0.5N \frac{(n - 1) (2 -}{DOD (n −} 2 \begin{matrix} ) & + DOD \end{matrix} \\ (n) \begin{matrix} \begin{matrix} \begin{matrix} \end{matrix} \end{matrix} & DOD (n - 1 \end{matrix} \end{array})$ ) ifk/2≠0ε (n − 1) в противном случае,

где:

DD - аккумулятор DOD (%) после полуцикла.
N - максимальное количество циклов и задается
$N (n) {\frac{=H (DOD}{} (n)}^{} 100) -ξ \cdot \frac{}{\exp_{(}} -ψ \frac{}{(_{}} {{1Tref−1Ta}_{(n)))} \cdot (}^{_{}} {_{Idis_ave (n))} -γ1}^{\cdot_{(}}$ Ich_ave (n)) −γ2,
где:
- H - постоянная числа циклов (циклов).
- δ - коэффициент экспоненты для DOD.
- start- постоянная скорости Аррениуса для числа циклов.
- _{Idis_ave} - средний ток разряда в А в течение полуцикла.
- _{Ich_ave} - средний ток заряда в А в течение полуцикла.
- γ 1 - коэффициент экспоненты для тока разряда.
- γ 2 - коэффициент экспоненты для тока заряда.

Ограничения и допущения

Ограничения

Минимальное напряжение аккумулятора без нагрузки - 0 В, а максимальное напряжение аккумулятора - 2 × _E0.
Минимальная емкость батареи - 0 А· ч, максимальная емкость - _Qmax.

Предположения

Внутреннее сопротивление считается постоянным во время циклов заряда и разряда и не изменяется в зависимости от амплитуды тока.
Параметры модели определяются на основе характеристик разряда. Предполагается, что характеристики разрядки и зарядки одинаковы.
Ёмкость батареи не меняется с амплитудой тока (эффект Пёйкерта отсутствует).
Саморазряд батареи не представлен. Он может быть представлен добавлением большого сопротивления параллельно клеммам батареи.
Аккумулятор не имеет эффекта памяти.

Порты

Вход

развернуть все

`Ta` - Температура окружающей среды
Сигнал Simulink ® | скаляр

Входной порт для температуры окружающей среды.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите для параметра Type значение Lithium-Ion и выберите «Моделирование температурных эффектов».

Продукция

развернуть все

`m` - температура батареи, состояние заряда, ток, напряжение, возраст, максимальная емкость и температура окружающей среды;
Сигнал симулятора | вектор

Выходной вектор сигналов для температуры батареи, состояния заряда, тока, напряжения, возраста, максимальной емкости и температуры окружающей среды. Для демультиплексирования сигналов можно использовать блок выбора шины.

Сигнал	Определение	Единицы
Температура окружающей среды	Температура окружающей среды	° C
Температура ячейки	Ячейка или внутренняя температура	° C
SOC	SOC батареи, представленный в процентах (от 0 до 100%). SOC составляет 100% для полностью заряженной батареи и 0% для пустой батареи. SOC вычисляется как: $SOC = 100 \frac{(}{}_{}^{} 1-1Q\int0ti (t)$ dt).	%
Ток	Ток батареи	A
Напряжение	Напряжение батареи	V
Возраст	Возраст батареи	Эквивалентные полные циклы
Максимальная емкость	Максимальная емкость аккумулятора	Ах

Зависимости

Порт выдает сигналы для:

Температура окружающей среды, если выбраны температурные эффекты Simulate.
Температура ячейки или внутренняя температура, если выбран эффект температуры Simulate.
Время автономной работы, если выбран параметр «Моделирование эффектов старения».
Максимальная емкость батареи при выборе Simulate aging effects.

Сохранение

развернуть все

`+` - Положительный терминал
специализированные электрические

Специализированный электрический консервационный порт, связанный с положительным терминалом батареи.

`-` - Отрицательный вывод
специализированные электрические

Специализированный электрический консервационный порт, связанный с отрицательным выводом батареи.

Параметры

развернуть все

Параметры

`Type` - Модель аккумулятора
`Lithium-Ion` (по умолчанию) | `Lead-Acid` | `Nickel-Cadmium` | `Nickel-Metal-Hydride`

Модель аккумулятора. Блок обеспечивает заданное поведение заряда для четырех типов батарей. Для Lithium-Ion батарея, блок предоставляет модели для моделирования температуры и эффектов старения.

Зависимости

Если для этого параметра установлено значение Lithium-Ion, эти параметры видны:

Моделирование температурных эффектов. Дополнительные сведения см. в разделе Моделирование температурных эффектов.
Моделирование эффектов старения. Дополнительные сведения см. в разделе Моделирование эффектов старения.

`Simulate temperature effects` - Тепловая динамика
off (по умолчанию) | on

Выберите для моделирования тепловой динамики.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Type значение Lithium-Ion. Дополнительные сведения см. в разделе Тип.

Если выбраны температурные эффекты Simulate:

Параметры температуры видны. Дополнительные сведения см. в разделе Температура.
Порт ввода Ta виден. Дополнительные сведения см. в разделе Ta.

`Use a preset battery` - Параметризация
`no` (по умолчанию) | `3.3V 2.3Ah (LiFePO4)` | `3.6V 2050mAh (LiCoO2)` | `3.6V 2.0Ah` | `3.6V 3.6Ah (LiNiO2)` | `3.6V 4.5Ah` | `3.6V 48Ah (LiNiO2)` | `3.7V 4.4Ah` | `7.4V 5.4Ah (LiCoO2)` | `11.1V 6600mAh (LiCoO2)` | `12.8V 40Ah (LiFeMgPO4)`

Для моделирования тепловой динамики блок использует температурные параметры, зависящие от батареи.

Если у вас есть лицензия на Simulink Design Optimization™ и эмпирические данные аккумулятора, вы можете:

Задайте для этого параметра значение no.
Оцените температурные параметры на основе эмпирических данных с помощью модуля Simulink Design Optimization.
Задайте параметры в настройках температуры, используя расчетные значения. Дополнительные сведения см. в разделе Температура.

В противном случае используйте предварительно заданные данные, которые блок предоставляет для литий-ионной батареи.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Type значение Lithium-Ion и выберите «Моделирование температурных эффектов». Дополнительные сведения см. в разделе Тип и моделирование температурных эффектов.

Если для этого параметра установлен один из предварительно установленных литий-ионных аккумуляторов, параметры параметров «Параметры», «Разрядка» и «Температура» отключаются.

`Simulate aging effects` - Ухудшение емкости аккумулятора, связанное с возрастом модели
off (по умолчанию) | on

Выберите для моделирования возрастного ухудшения емкости батареи.

Зависимости

Если выбран этот параметр, отображаются параметры старения. Дополнительные сведения см. в разделе Старение.

`Nominal voltage (V)` - Номинальное напряжение
`7.2` (по умолчанию) | положительный скаляр

Номинальное напряжение, _Vnom, батареи, в В. Номинальное напряжение представляет конец линейной зоны разрядных характеристик.

`Rated capacity (Ah)` - Номинальная мощность
`5.4` (по умолчанию) | положительный скаляр

Номинальная емкость батареи, _Qrated, в А· ч. Номинальная емкость - это минимальная эффективная емкость батареи.

`Initial state-of-charge (%)` - Начальный SOC
`100` (по умолчанию)

Состояние заряда (SOC) батареи, выраженное в процентах от максимального потенциального заряда, в начале моделирования. SOC 100% указывает на полностью заряженную батарею, а 0% - на пустую батарею.

Указанное значение не влияет на кривую разгрузки, создаваемую блоком, если в настройках разгрузки щелкнуть График (Plot).

`Battery response time (s)` - Время отклика
`30` (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Время срабатывания батареи, в с, при 95% от конечного значения. Это значение представляет динамику напряжения и может наблюдаться при применении шага тока.

Графики показывают напряжение и ток разряда для батареи со временем отклика 30 с.

Выброс

`Determined from the nominal parameters of the battery` - Определение параметров разгрузки
on (по умолчанию) | off

Выберите, чтобы блок определял параметры в параметрах разрядки на основе значений, заданных для параметров в параметрах.

Зависимости

Выбор этого параметра отключает параметры в настройках разрядки.

`Maximum capacity (Ah)` - Максимальная мощность в ампер-час
`5.4` (по умолчанию) | положительный скаляр

Максимальная теоретическая емкость, Q, когда разрыв возникает в напряжении батареи, в Ah. Это значение обычно равно 105% от номинальной мощности.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, в разделе Параметры (Parameters) задайте параметр Использовать предварительно установленный аккумулятор (Use a preset battery to). no. Дополнительные сведения см. в разделе Использование предустановленной батареи.

`Cut-off Voltage (V)` - Напряжение отключения
`5.4` (по умолчанию) | положительный скаляр

Минимальное допустимое напряжение батареи, в В. Это напряжение представляет собой конец разрядных характеристик. При напряжении отключения аккумулятор полностью разряжается.

`Fully charged voltage (V)` - Полностью заряженное напряжение
`8.3807` (по умолчанию) | положительный скаляр

Полностью заряженное напряжение, _Vfull, для данного тока разряда. Полностью заряженное напряжение не является напряжением холостого хода.

`Nominal discharge current (A)` - Номинальный ток разряда
`2.3478` (по умолчанию) | положительный скаляр

Номинальный ток разряда в А, для которого измеряется кривая разряда.

Например, типичный ток разряда для батареи 1.5-Ah NiMH составляет 20% от номинальной емкости: (0,2 * 1,5 А· ч/1 ч = 0,3 А).

`Internal resistance (Ohms)` - Внутреннее сопротивление
`0.013333` (по умолчанию) | положительный скаляр

Внутреннее сопротивление батареи, в Ом. При использовании заданной модели загружается общее значение, которое соответствует 1% номинальной мощности (номинальное напряжение умножается на номинальную емкость батареи). Сопротивление является постоянным во время циклов заряда и разряда и не изменяется в зависимости от амплитуды тока.

`Capacity (Ah) at nominal voltage` - Мощность в ампер-час при номинальном напряжении
`4.8835` (по умолчанию) | положительный скаляр

Емкость Qном, извлекаемая из батареи до тех пор, пока напряжение не упадет под номинальным напряжением. Это значение должно находиться между _Qexp и _Qmax.

`Exponential zone [Voltage (V), Capacity (Ah)]` - Напряжение и емкость экспоненциальной зоны
`[7.7788 0.2653]` (по умолчанию) | неотрицательный вектор

Напряжение, _Vexp и емкость, _Qexp, которые соответствуют концу экспоненциальной зоны. Напряжение должно быть между _Vnom и _Vfull. Пропускная способность должна находиться в диапазоне от 0 до Qnom.

Отображение признаков

`Discharge current [i1, i2, i3,...] (A)` - Токи графика разрядной характеристики
`[6.5 13 32.5]` (по умолчанию)

Блок может генерировать рисунок из двух графиков, которые показывают характеристики разряда батареи. Характеристики разряда для этих токов представлены на втором графике.

`Units` - График характеристик разряда по оси X
`Time` (по умолчанию) | `Ampere-hour`

Единицы измерения, используемые для оси X графиков, созданных командой «Печать».

`Plot` - Характеристики выгрузки на графике

Создайте рисунок из двух графиков, показывающих характеристики разрядки батареи. Первый график представляет номинальную кривую разряда для указанного значения параметра Номинальный ток разряда. Второй график представляет кривые разряда при заданных токах разряда.

Зависимости

Токи разряда для второго графика являются заданными значениями тока разряда [i1, i2, i3,...] (A) параметр. Дополнительные сведения см. в разделе Разрядный ток [i1, i2, i3,...] (A).

Единицы измерения для оси X графиков определяются заданным значением. Ampere-hour (Ah) или Time, для параметра Units. Дополнительные сведения см. в разделе Единицы измерения.

Температура

Параметры температуры отображаются только в том случае, если в параметре «Параметры» для параметра «Тип» установлено значение Lithium-Ion и установлен флажок Моделировать температурные эффекты (Simulate temperature effects). Дополнительные сведения см. в разделах Параметры, Тип и Моделирование температурных эффектов.

Батарея обеспечивает заданные значения параметров для обычных типов литий-ионных батарей. Чтобы использовать предустановленные значения параметров, в разделе Параметры (Parameters) установите параметр Использовать предустановленную батарею (Use a preset battery to) для одной из литий-ионных батарей. Дополнительные сведения см. в разделе Использование предустановленной батареи.

Если используется опция предустановки, единственным включенным параметром в настройках температуры является Начальная температура ячейки (deg. C). Другие параметры в настройках температуры отключены, так как блок предоставляет значения.

Кроме того, при наличии лицензии на Simulink Design Optimization и эмпирических данных по батарее можно оценить температурные параметры для литий-ионного модуля. Чтобы включить параметры, в разделе Параметры установите для параметра Использовать предустановленную батарею значение no.

`Initial cell temperature (deg. C)` - Начальная температура батареи
`20` (по умолчанию) | скаляр

Температура элемента или внутренняя температура батареи, в ° C в начале моделирования.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, в разделе Параметры (Parameter) задайте для параметра Тип (Type) значение Lithium-Ion и выберите «Моделирование температурных эффектов». Дополнительные сведения см. в разделах Параметры, Тип и Моделирование температурных эффектов.

`Nominal ambient temperature T1 (deg. C)` - Номинальная температура окружающей среды
`20` (по умолчанию) | скаляр

Температура окружающей среды, в ° C, при номинальном режиме работы. Блок предполагает, что значения параметров, представленные в настройках параметров, получены при этой температуре окружающей среды.

Зависимости

Этот параметр отображается, если в настройках параметра для параметра «Тип» задано значение Lithium-Ion и выберите «Моделирование температурных эффектов». Дополнительные сведения см. в разделах Параметры, Тип и Моделирование температурных эффектов.

Этот параметр включен, если в настройках Параметры (Parameters) для параметра Использовать предустановленную батарею (Use a preset battery) задано значение no. Дополнительные сведения см. в разделе Использование предустановленной батареи.

`Second ambient temperature T2 (deg. C)` - Вторая температура окружающей среды
`-30` (по умолчанию) | скаляр

Температура окружающей среды, в ° C, при втором рабочем состоянии. Это значение должно быть меньше значения, указанного для параметра Номинальная температура окружающей среды T1 (deg. C).

Зависимости

Параметры разгрузки при T2

`Maximum capacity (Ah)` - Максимальная мощность в ампер-час
`4.8` (по умолчанию) | положительный скаляр

Максимальная емкость аккумулятора, в А· ч, при температуре, указанной для параметра T2 «Вторая температура окружающей среды» (град. C).

Зависимости

Этот параметр отображается, если в настройках параметра задать для параметра Type значение Lithium-Ion и выберите «Моделирование температурных эффектов». Дополнительные сведения см. в разделах Параметры, Тип и Моделирование температурных эффектов.

`Initial discharge voltage (V)` - Начальное напряжение разряда
`7.1` (по умолчанию) | положительный скаляр

Напряжение разряда при второй температуре окружающей среды, в В, когда ток разряда подается первым.

Зависимости

`Voltage at 90% maximum capacity (V)` - напряжение максимальной емкости 90%
`5.655` (по умолчанию) | положительный скаляр

Напряжение разряда при второй температуре окружающей среды при использовании 90% максимальной емкости, в В.

Зависимости

`Exponential zone [Voltage (V), Capacity (Ah)]` - Напряжение и емкость экспоненциальной зоны
`[6.58 1]` (по умолчанию) | положительный вектор

Напряжение разряда, в V, и емкость, в Ah, которые соответствуют концу экспоненциальной зоны, при второй температуре окружающей среды.

Зависимости

Тепловая реакция и тепловые потери

`Thermal resistance, cell-to-ambient (deg. C/W)` - Тепловое сопротивление
`0.6` (по умолчанию) | положительный скаляр

Общее тепловое сопротивление, в ° C/W, между ячейкой и точками измерения окружающей среды. Предполагается, что температура элемента эквивалентна средней внутренней температуре батареи.

Зависимости

`Thermal time constant, cell-to-ambient (s)` - Постоянная теплового времени
`2000` (по умолчанию) | положительный скаляр

Постоянная времени температурного отклика, в с, между ячейкой и точками измерения окружающей среды. Это значение можно получить из ответа на шаг температуры окружающей среды, когда батарея находится в режиме ожидания.

Зависимости

`Heat loss difference [charge vs. discharge] (W)` - Разность тепловых потерь
`0` (по умолчанию) | скаляр

Разность потерь мощности между зарядкой и разрядкой, в Вт, когда батарея заряжается и разряжается при одинаковой скорости С и температуре окружающей среды.

Для определения разности ΔP потерь мощности используйте следующее уравнение:

$ΔP \frac{=_{} {tc (}_{}_{}}{_{}}$

где _start1 и _start2 - скорости изменения внутренней температуры батареи (° С/с) во время разряда и зарядки.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если в настройках параметра для параметра Type установлено значение Lithium-Ion и установлен флажок Моделировать температурные эффекты (Simulate temperature effects). Дополнительные сведения см. в разделах Параметры, Тип и Моделирование температурных эффектов.

Этот параметр активируется только в том случае, если в настройках Parameters для параметра Use a preset battery установлено значение no. Дополнительные сведения см. в разделе Использование предустановленной батареи.

Старение

Параметры «Старение» отображаются, если в параметрах «Параметры» для параметра «Тип» задано значение Lithium-Ion и выберите Simulate aging effects (Имитировать эффекты старения). Дополнительные сведения см. в разделе Тип и моделирование эффектов старения.

`Initial battery age (Equivalent full cycles)` - Начальный срок службы батареи
`0` (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Срок службы батареи или эквивалентные полные циклы в начале моделирования. Полный цикл определяется как полный разряд и заряд до 100% DOD и 100% SOC при номинальной температуре окружающей среды и номинальном токе разряда и заряда. По умолчанию: 0.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, в разделе Параметры (Parameters) задайте для параметра Тип (Type) значение Lithium-Ion и выберите Simulate aging effects (Имитировать эффекты старения). Дополнительные сведения см. в разделе Тип и моделирование эффектов старения.

`Aging model sampling time (s)` - Время выборки модели старения
`1e6` (по умолчанию) | положительный скаляр

Временной шаг моделирования модели старения, в с.

Зависимости

Характеристики старения при температуре окружающей среды Ta1

`Ambient temperature Ta1 (deg. C)` - Температура окружающей среды
`25` (по умолчанию) | скаляр

Первая температура окружающей среды, Ta1, во время испытания на эффективность старения, в ° C.

Зависимости

`Capacity at EOL (End Of Life) (Ah)` - Мощность с истекшим сроком службы в час
`5.4*0.9` (по умолчанию) | положительный скаляр

Максимальная производительность при EOL при температуре окружающей среды Ta1, в А· ч.

Зависимости

`Internal resistance at EOL (Ohms)` - Внутреннее сопротивление с истекшим сроком службы
`0.013333*1.2` (по умолчанию) | положительный скаляр

Внутреннее сопротивление при ЭОЛ при температуре окружающей среды Ta1, Ом.

Зависимости

`Charge current (nominal, maximum) [Ic (A), Icmax (A)]` - Номинальный и максимальный токи заряда
`[2.3478, 3]` (по умолчанию) | положительный вектор

Номинальный и максимальный ток заряда, в А.

Зависимости

`Discharge current (nominal, maximum) [Id (A), Idmax (A)]` - Номинальный и максимальный токи разряда
`[2.3478, 10]` (по умолчанию) | положительный вектор

Номинальный и максимальный разрядный ток в А.

Зависимости

`Cycle life at 100% DOD, Ic and Id (Cycles)` - Продолжительность цикла при 100% DOD, Ic, Id и Ta1
`1500` (по умолчанию) | положительный скаляр

Количество циклов на 100% глубине разряда, при номинальном токе заряда и токе разряда, и при первой температуре окружающей среды, Ta1.

Зависимости

`Cycle life at 25% DOD, Ic and Id (Cycles)` - Продолжительность цикла при 25% DOD, Ic, Id и Ta1
`10500` (по умолчанию) | положительный скаляр

Количество циклов на 25% глубине разряда, при номинальном токе заряда и токе разряда, и при первой температуре окружающей среды, Ta1.

Зависимости

`Cycle life at 100% DOD, Ic and Idmax (Cycles)` - Продолжительность цикла при 100% DOD, Ic, Id_max и Ta1
`1000` (по умолчанию) | положительный скаляр

Количество циклов при 100% DOD, при номинальном токе заряда, при максимальном токе разряда и при первой температуре окружающей среды, Ta1.

Зависимости

`Cycle life at 100 % DOD, Icmax and Id (Cycles)` - Продолжительность цикла при 100% DOD, Ic_max, Id и Ta1
`1400` (по умолчанию) | положительный скаляр

Количество циклов на 100% глубине разряда, при максимальном токе заряда, при номинальном токе заряда и токе разряда и при первой температуре окружающей среды, Ta1.

Зависимости

Характеристики старения при температуре окружающей среды Ta2

`Ambient temperature Ta2 (deg. C)` - Температура окружающей среды Ta2
`45` (по умолчанию) | скаляр

Вторая temperature,bTa2 окружающей среды, в ° C, во время испытания на эффективность старения.

Зависимости

`Cycle life at 100% DOD, Ic and Id (Cycles)` - Продолжительность цикла при 100% DOD, Ic, Id и Ta2
`950` (по умолчанию) | положительный скаляр

Количество циклов при 100% DOD, при номинальном токах заряда и разряда и при второй температуре окружающей среды, Ta2.

Зависимости

Примеры модели

Модель аккумулятора Ni-MH

Модель аккумулятора Ni-MH 200 В, 6,5 А· ч во время процесса зарядки и разряда.

Ссылки

[1] Омар Н., М. А. Монем, Я. Фируз, Дж. Салминен, Дж. Смекенс, О. Хегази, Х. Гаулес, Г. Малдер, П. Ван ден Боше, Т. Коосеманс, и Дж. Ван Миерло. «Литиевая батарея на основе фосфата железа - оценка параметров старения и разработка модели жизненного цикла». Прикладная энергия, том 113, январь 2014 г., стр. 1575-1585.

[2] Пила, Л.Х., К. Сомасундарам, Й. Йе и А.А.О. Тэй, «Электротермический анализ литий-железофосфатной батареи для электромобилей». Журнал источников питания. Т. 249, стр. 231-238.

[3] Tremblay, O., L.A. Dessaint, «Экспериментальная валидация батарейной динамической модели для приложений EV». World Electric Vehicle Journal. Том 3, 13-16 мая 2009 года.

[4] Чжу, К., X. Li, Л. Сон и Л. Сян, «Разработка теоретически основанной тепловой модели для литий-ионного аккумуляторного блока». Журнал источников питания. Т. 223, стр. 155-164.

Расширенные возможности

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

См. также

Источник переменного напряжения | Зарядное устройство CCCV | Источник постоянного напряжения

Представлен в R2008a

Документация

Батарея

Описание

Характеристики заряда и разряда

Проверка модели

Параметризация

Уравнения

Ограничения и допущения

Порты

Вход

Ta - Температура окружающей среды Сигнал Simulink ® | скаляр

Зависимости

Продукция

m - температура батареи, состояние заряда, ток, напряжение, возраст, максимальная емкость и температура окружающей среды; Сигнал симулятора | вектор

Зависимости

Сохранение

+ - Положительный терминал специализированные электрические

- - Отрицательный вывод специализированные электрические

Параметры

Параметры

Type - Модель аккумулятора Lithium-Ion (по умолчанию) | Lead-Acid | Nickel-Cadmium | Nickel-Metal-Hydride

Зависимости

Simulate temperature effects - Тепловая динамика off (по умолчанию) | on

Зависимости

Use a preset battery - Параметризация no (по умолчанию) | 3.3V 2.3Ah (LiFePO4) | 3.6V 2050mAh (LiCoO2) | 3.6V 2.0Ah | 3.6V 3.6Ah (LiNiO2) | 3.6V 4.5Ah | 3.6V 48Ah (LiNiO2) | 3.7V 4.4Ah | 7.4V 5.4Ah (LiCoO2) | 11.1V 6600mAh (LiCoO2) | 12.8V 40Ah (LiFeMgPO4)

Зависимости

Simulate aging effects - Ухудшение емкости аккумулятора, связанное с возрастом модели off (по умолчанию) | on

Зависимости

Nominal voltage (V) - Номинальное напряжение 7.2 (по умолчанию) | положительный скаляр

Rated capacity (Ah) - Номинальная мощность 5.4 (по умолчанию) | положительный скаляр

Initial state-of-charge (%) - Начальный SOC 100 (по умолчанию)

Battery response time (s) - Время отклика 30 (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Выброс

Determined from the nominal parameters of the battery - Определение параметров разгрузки on (по умолчанию) | off

Зависимости

Maximum capacity (Ah) - Максимальная мощность в ампер-час 5.4 (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Cut-off Voltage (V) - Напряжение отключения 5.4 (по умолчанию) | положительный скаляр

Fully charged voltage (V) - Полностью заряженное напряжение 8.3807 (по умолчанию) | положительный скаляр

Nominal discharge current (A) - Номинальный ток разряда 2.3478 (по умолчанию) | положительный скаляр

Internal resistance (Ohms) - Внутреннее сопротивление 0.013333 (по умолчанию) | положительный скаляр

Capacity (Ah) at nominal voltage - Мощность в ампер-час при номинальном напряжении 4.8835 (по умолчанию) | положительный скаляр

Exponential zone [Voltage (V), Capacity (Ah)] - Напряжение и емкость экспоненциальной зоны [7.7788 0.2653] (по умолчанию) | неотрицательный вектор

Discharge current [i1, i2, i3,...] (A) - Токи графика разрядной характеристики [6.5 13 32.5] (по умолчанию)

Units - График характеристик разряда по оси X Time (по умолчанию) | Ampere-hour

Plot - Характеристики выгрузки на графике

Зависимости

Температура

Initial cell temperature (deg. C) - Начальная температура батареи 20 (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Nominal ambient temperature T1 (deg. C) - Номинальная температура окружающей среды 20 (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Second ambient temperature T2 (deg. C) - Вторая температура окружающей среды -30 (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Maximum capacity (Ah) - Максимальная мощность в ампер-час 4.8 (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Initial discharge voltage (V) - Начальное напряжение разряда 7.1 (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Voltage at 90% maximum capacity (V) - напряжение максимальной емкости 90% 5.655 (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Exponential zone [Voltage (V), Capacity (Ah)] - Напряжение и емкость экспоненциальной зоны [6.58 1] (по умолчанию) | положительный вектор

Зависимости

Thermal resistance, cell-to-ambient (deg. C/W) - Тепловое сопротивление 0.6 (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Thermal time constant, cell-to-ambient (s) - Постоянная теплового времени 2000 (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Heat loss difference [charge vs. discharge] (W) - Разность тепловых потерь 0 (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Старение

Initial battery age (Equivalent full cycles) - Начальный срок службы батареи 0 (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Зависимости

Aging model sampling time (s) - Время выборки модели старения 1e6 (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Ambient temperature Ta1 (deg. C) - Температура окружающей среды 25 (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Capacity at EOL (End Of Life) (Ah) - Мощность с истекшим сроком службы в час 5.4*0.9 (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Internal resistance at EOL (Ohms) - Внутреннее сопротивление с истекшим сроком службы 0.013333*1.2 (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Charge current (nominal, maximum) [Ic (A), Icmax (A)] - Номинальный и максимальный токи заряда [2.3478, 3] (по умолчанию) | положительный вектор

`Ta` - Температура окружающей среды
Сигнал Simulink ® | скаляр

`m` - температура батареи, состояние заряда, ток, напряжение, возраст, максимальная емкость и температура окружающей среды;
Сигнал симулятора | вектор

`+` - Положительный терминал
специализированные электрические

`-` - Отрицательный вывод
специализированные электрические

`Type` - Модель аккумулятора
`Lithium-Ion` (по умолчанию) | `Lead-Acid` | `Nickel-Cadmium` | `Nickel-Metal-Hydride`

`Simulate temperature effects` - Тепловая динамика
off (по умолчанию) | on

`Simulate aging effects` - Ухудшение емкости аккумулятора, связанное с возрастом модели
off (по умолчанию) | on

`Nominal voltage (V)` - Номинальное напряжение
`7.2` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Rated capacity (Ah)` - Номинальная мощность
`5.4` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Initial state-of-charge (%)` - Начальный SOC
`100` (по умолчанию)

`Battery response time (s)` - Время отклика
`30` (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

`Determined from the nominal parameters of the battery` - Определение параметров разгрузки
on (по умолчанию) | off

`Maximum capacity (Ah)` - Максимальная мощность в ампер-час
`5.4` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Cut-off Voltage (V)` - Напряжение отключения
`5.4` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Fully charged voltage (V)` - Полностью заряженное напряжение
`8.3807` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Nominal discharge current (A)` - Номинальный ток разряда
`2.3478` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Internal resistance (Ohms)` - Внутреннее сопротивление
`0.013333` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Capacity (Ah) at nominal voltage` - Мощность в ампер-час при номинальном напряжении
`4.8835` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Exponential zone [Voltage (V), Capacity (Ah)]` - Напряжение и емкость экспоненциальной зоны
`[7.7788 0.2653]` (по умолчанию) | неотрицательный вектор

`Discharge current [i1, i2, i3,...] (A)` - Токи графика разрядной характеристики
`[6.5 13 32.5]` (по умолчанию)

`Units` - График характеристик разряда по оси X
`Time` (по умолчанию) | `Ampere-hour`

`Plot` - Характеристики выгрузки на графике

`Initial cell temperature (deg. C)` - Начальная температура батареи
`20` (по умолчанию) | скаляр

`Nominal ambient temperature T1 (deg. C)` - Номинальная температура окружающей среды
`20` (по умолчанию) | скаляр

`Second ambient temperature T2 (deg. C)` - Вторая температура окружающей среды
`-30` (по умолчанию) | скаляр

`Maximum capacity (Ah)` - Максимальная мощность в ампер-час
`4.8` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Initial discharge voltage (V)` - Начальное напряжение разряда
`7.1` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Voltage at 90% maximum capacity (V)` - напряжение максимальной емкости 90%
`5.655` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Exponential zone [Voltage (V), Capacity (Ah)]` - Напряжение и емкость экспоненциальной зоны
`[6.58 1]` (по умолчанию) | положительный вектор

`Thermal resistance, cell-to-ambient (deg. C/W)` - Тепловое сопротивление
`0.6` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Thermal time constant, cell-to-ambient (s)` - Постоянная теплового времени
`2000` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Heat loss difference [charge vs. discharge] (W)` - Разность тепловых потерь
`0` (по умолчанию) | скаляр

`Initial battery age (Equivalent full cycles)` - Начальный срок службы батареи
`0` (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

`Aging model sampling time (s)` - Время выборки модели старения
`1e6` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Ambient temperature Ta1 (deg. C)` - Температура окружающей среды
`25` (по умолчанию) | скаляр

`Capacity at EOL (End Of Life) (Ah)` - Мощность с истекшим сроком службы в час
`5.4*0.9` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Internal resistance at EOL (Ohms)` - Внутреннее сопротивление с истекшим сроком службы
`0.013333*1.2` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Charge current (nominal, maximum) [Ic (A), Icmax (A)]` - Номинальный и максимальный токи заряда
`[2.3478, 3]` (по умолчанию) | положительный вектор

`Discharge current (nominal, maximum) [Id (A), Idmax (A)]` - Номинальный и максимальный токи разряда
`[2.3478, 10]` (по умолчанию) | положительный вектор

`Cycle life at 100% DOD, Ic and Id (Cycles)` - Продолжительность цикла при 100% DOD, Ic, Id и Ta1
`1500` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Cycle life at 25% DOD, Ic and Id (Cycles)` - Продолжительность цикла при 25% DOD, Ic, Id и Ta1
`10500` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Cycle life at 100% DOD, Ic and Idmax (Cycles)` - Продолжительность цикла при 100% DOD, Ic, Id_max и Ta1
`1000` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Cycle life at 100 % DOD, Icmax and Id (Cycles)` - Продолжительность цикла при 100% DOD, Ic_max, Id и Ta1
`1400` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Ambient temperature Ta2 (deg. C)` - Температура окружающей среды Ta2
`45` (по умолчанию) | скаляр

`Cycle life at 100% DOD, Ic and Id (Cycles)` - Продолжительность цикла при 100% DOD, Ic, Id и Ta2
`950` (по умолчанию) | положительный скаляр

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