Табличная модель аккумулятора
Simscape/Электрооборудование/Источники

Блок батарейки (на основе таблицы) представляет модель батарейки высокой точности. Блок вычисляет напряжение без нагрузки как функцию уровня заряда и дополнительной температуры с помощью таблиц поиска и включает несколько опций моделирования:
Саморазряд
Аккумулятор замирает
Динамика заряда
Старение календаря
Примечание
Блок может использовать линейную или ближайшую интерполяцию и экстраполяцию для всех параметров на основе таблиц. Для строк и столбцов оно следует соглашению «строка-столбец», в то время как строки индексируются первыми, а впоследствии - столбцами.
На графике показана батарея, производительность которой изменяется в зависимости от изменения температуры и состояния заряда, как обычно показано в таблице.

Этот блок используется для параметризации батарей со сложными характеристиками напряжения без нагрузки из таблиц данных или экспериментальных результатов. Более простое представление аккумулятора см. в разделе Блок аккумулятора.
Блок Battery (Table-Based) имеет четыре варианта моделирования, доступ к которым можно получить, щелкнув правой кнопкой мыши блок на блок-схеме и выбрав соответствующий параметр в контекстном меню в меню Simscape > Block choices:
Unestrumented | No thermal port - базовая модель, которая не выводит уровень заряда батареи и моделируется при фиксированной температуре. Этот вариант моделирования используется по умолчанию.
Отключено | Показать тепловой порт - модель с открытым тепловым портом. Эта модель не выводит уровень внутреннего заряда батареи.
Instrumented | No thermal port - модель с открытым портом вывода заряда. В этой модели используется фиксированная температура во время моделирования.
Instrumented | Show thermal port - модель, позволяющая выводить уровень внутреннего заряда батареи. Открыты как тепловой порт, так и выходной порт заряда.
Инструментальные варианты имеют дополнительный физический сигнальный порт, который выдает внутреннее состояние заряда. Эта функция используется для изменения поведения нагрузки как функции состояния заряда без сложности построения оценщика состояния заряда.
Варианты тепловых портов предоставляют тепловой порт, который представляет тепловую массу батареи.
Можно также выбрать различные встроенные параметризации для этого блока. Дополнительные сведения см. в разделе Предопределенная параметризация.
Схема эквивалентной батареи состоит из модели основной батареи, сопротивления саморазрядки RSD, модели динамики заряда и R0 последовательного сопротивления.

Блок вычисляет напряжение холостого хода или напряжение на базовой модели батареи путем интерполяции:
, T)
Где:
v0 - напряжение без нагрузки батареи. Задайте сетку значений поиска с помощью параметра No-load voltage, V0 (SOC, T), если параметры табулируются по температуре, или No-load voltage, V0 (SOC) в противном случае.
SOC - отношение заряда тока к номинальной емкости батареи, указанное в параметре Ampere-hour, AH (T), наряду с влиянием зависящего от температуры изменения процента замирания в ampere-hour, δAH (n, Tfade), указанного в параметре Percent change in ampere-hour, dAH (N, Tfade). Укажите точки останова SOC с помощью параметра Vector of state-of-charge, SOC. Блок оценивает номинальную емкость батареи на основе количества циклов и температуры батареи путем интерполяции заданных зависящих от температуры характеристик замирания и параметра Ampere-hour, AH (T ).
SOC представляет нормализованные данные относительно qnom.
Для опции характеристик замирания на основе таблицы подстановки:
* AH (T) Ah.
Для опции характеристик затухания на основе уравнений,
AH (T) Ah.
Наконец, SOC получают из следующего уравнения.
t) RSD (T, n)) dt
Где:
qnom - ампер-часовой рейтинг батареи. Укажите это значение с помощью параметра Ampere-hour rating, AH (T).
N - ссылочное число циклов разрядки, в течение которых задается процентное изменение нескольких параметров батареи. Установите это значение с помощью параметра Число циклов разряда N.
n - текущее число циклов батареи.
δAH - процентное изменение ампер-часового номинального значения батареи после N циклов разрядки.
T - температура батареи. Укажите точки останова T с помощью параметра Vector of temperatures, T при составлении таблицы параметров над температурой.
Блок также моделирует последовательные R0 сопротивления как функцию состояния заряда и необязательной температуры. Задайте сетку значений поиска для последовательного сопротивления с помощью параметра Сопротивление клеммы, R0 (SOC, T), если в противном случае выполняется табулирование параметров над температурой, или Сопротивление клеммы, R0 (SOC).
Когда клеммы батареи разомкнуты, внутренние токи все еще могут разряжать батарею. Такое поведение называется саморазрядом. Чтобы включить этот эффект, установите для параметра Самозагрузка значение Enabled.
Блок моделирует эти внутренние токи с зависящим от температуры сопротивлением RSD (T) по клеммам модели основной батареи. Значения подстановки для этого сопротивления можно задать с помощью параметра Сопротивление саморазряду, Rleak (T), если в таблице приведены параметры, превышающие температуру, или Сопротивление саморазряду, Rleak в противном случае.
Батареи не способны мгновенно реагировать на изменения нагрузки. Они требуют некоторого времени для достижения устойчивого состояния. Это изменяющееся во времени свойство является результатом динамики заряда батареи и моделируется с использованием параллельных RC-секций в эквивалентной схеме.
Можно моделировать динамику заряда батареи с помощью параметра Динамика заряда:
No dynamics - Эквивалентная цепь не содержит параллельных секций RC. Задержка между напряжением на клемме и внутренним зарядным напряжением батареи отсутствует.
One time-constant dynamics - Эквивалентная схема содержит одну параллельную секцию RC. Укажите временную константу, используя параметр Первая временная константа, tau1 (SOC, T), если параметры табулируются над температурой или Первая временная константа, в противном случае tau1 (SOC).
Two time-constant dynamics - Эквивалентная схема содержит две параллельные секции RC. Укажите временные константы, используя параметры Первая временная константа, тау1 (SOC, T) и Вторая временная константа, тау2 (SOC, T), если таблица параметров превышает температуру или Первая временная константа, тау1 (SOC) и Вторая временная константа, tau2 (SOC) в противном случае.
Three time-constant dynamics - Эквивалентная схема содержит три параллельных секции RC. Задайте постоянные времени, используя параметры Первая временная константа, тау1 (SOC, T), Вторая временная константа, тау2 (SOC, T) и Третья временная константа, тау3 (SOC, T), если параметры табулируют по температуре или Первая временная константа, тау1 (SOC), Вторая временная константа, тау2 (SOC C) и третья временная константа, tau3
Four time-constant dynamics - Эквивалентная схема содержит четыре параллельных секции RC. Задайте постоянные времени, используя параметры Первая постоянная времени, тау1 (SOC, T), Вторая постоянная времени, тау2 (SOC, T), Третья постоянная времени, тау3 (SOC, T) и Четвертая постоянная времени, тау4 (SOC, T), если параметры табулируют по температуре или Первая постоянная времени, тау1 (SOC C D), вторая постоянная времени, taa
Five time-constant dynamics - Эквивалентная схема содержит пять параллельных секций RC. Укажите постоянные времени, используя параметры Первая постоянная времени, Тау1 (SOC, T), Вторая постоянная времени, Тау2 (SOC, T), Третья постоянная времени, Тау3 (SOC, T), Четвертая постоянная времени, Тау4 (SOC, T) и Пятая постоянная времени, Тау5 (SOC, T), если табулировать параметры над температурой или первым временем
На этой схеме показана эквивалентная схема для блока, сконфигурированного с динамикой двух постоянных времени.

На схеме:
R1 и R2 являются параллельными RC сопротивлениями. Задайте эти значения с параметрами Первое поляризационное сопротивление, R1 (SOC, T) и Второе поляризационное сопротивление, R2 (SOC, T), соответственно, если параметры табулируют по температуре или Первое поляризационное сопротивление, R1 (SOC) и Второе поляризационное сопротивление, R2 (SOC) в противном случае.
C1 и C2 являются параллельными RC емкостями. Константа времени, для каждого параллельного участка, соотносит значения R и C с использованием соотношения Укажите для каждого раздела, используя параметры Первая временная константа, Тау1 (SOC, T) и Вторая временная константа, Тау2 (SOC, T), соответственно, если параметры табулирования выше температуры или Первая временная константа, Тау1 (SOC) и Вторая временная константа, в противном случае Tau2 (SOC).
R0 - это сопротивление серии. Укажите это значение с параметром Сопротивление клеммы, R0 (SOC, T), если параметры в таблице превышают температуру или Сопротивление клеммы, R0 (SOC) в противном случае.
Замирание аккумулятора - это ухудшение рабочих характеристик аккумулятора по сравнению с повторяющимися циклами заряда и разряда. Если для характеристик Fade, определенных параметром, установлено значение Equations, замирание батареи моделируется следующим образом.
Напряжение холостого хода на базовой батарейной модели замирает пропорционально числу разрядных циклов n:
δv0100nN)
где δv0 - процентное изменение напряжения без нагрузки после N циклов разряда. Задайте δv0 с помощью параметра Изменение напряжения холостого хода после N циклов разряда (%).
Номинальный заряд, из которого рассчитывается состояние заряда, замирает квадратным корнем из числа разрядных циклов:
δAH100nN)
Все сопротивления в батарейной модели также замирают с квадратным корнем из числа разрядных циклов:
δRi100nN)
Где:
Ri - i-е сопротивление
δRi - процентное изменение этого сопротивления в течение N циклов
В зависимости от настройки блока, сопротивления могут включать:
Последовательное сопротивление - укажите процентное изменение N циклов с помощью параметра Изменение сопротивления клеммы после N циклов разряда (%).
Сопротивление саморазряду - укажите процентное изменение N циклов с помощью параметра Изменение сопротивления саморазряду после N циклов разряда (%).
Первое сопротивление динамики заряда - укажите процентное изменение за N циклов с помощью параметра Изменение первого сопротивления поляризации после N циклов разряда (%):.
Второе сопротивление динамики заряда - укажите процентное изменение в течение N циклов с помощью параметра Изменение во втором сопротивлении поляризации после N циклов разряда (%).
Третье сопротивление динамики заряда - укажите процентное изменение в течение N циклов с помощью параметра Изменение в третьем сопротивлении поляризации после N циклов разряда (%).
Четвертое сопротивление динамики заряда - укажите процентное изменение в течение N циклов с помощью параметра Изменение в четвертом сопротивлении поляризации после N циклов разряда (%).
Пятое сопротивление динамики заряда - укажите процентное изменение в течение N циклов с помощью параметра Изменение в пятом сопротивлении поляризации после N циклов разряда (%).
Примечание
Можно также моделировать характеристики замирания батареи с помощью таблиц подстановки (не зависящих от температуры) или таблиц подстановки (зависящих от температуры). При выборе любой из этих двух опций соответствующим образом изменяются параметры блоков. Дополнительные сведения см. на вкладке Параметры замирания (Fade parameters).
Для тепловых вариантов блока температура батареи определяется из суммирования всех омических потерь, входящих в модель:
Где:
Mth - тепловая масса батареи.
i соответствует i-му фактору омических потерь. В зависимости от того, как вы настроили блок, потери могут включать в себя:
Сопротивление серии
Сопротивление саморазряду
Первый сегмент динамики заряда
Второй сегмент динамики заряда
Третий сегмент динамики заряда
Четвертый сегмент динамики заряда
Пятый сегмент динамики заряда
VT, i - падение напряжения на резисторе i.
RT, i - резистор i.
Можно смоделировать ухудшение характеристик батареи, которое происходит, когда батарея не используется. Старение календаря влияет как на внутреннее сопротивление, так и на пропускную способность. В частности, увеличение сопротивления зависит от различных механизмов, таких как создание интерфейса твердого электролита (SEI) как на аноде, так и на катоде и коррозия токосъемника. Эти процессы в основном зависят от температуры хранения, состояния хранения заряда и времени.
Можно смоделировать старение календаря в блоке Battery (Table-Based), установив для параметра Calendar aging model значение:
Equation-based
Tabulated: temperature
Tabulated: time and temperature
Это уравнение определяет увеличение сопротивления клемм батареи из-за старения календаря:
Voc) (tia − ti − 1a)),
где:
Voc - нормализованное напряжение разомкнутого контура при хранении, В/Вном.
R0 - внутреннее сопротивление.
ti - временная выборка, полученная из параметра Vector of time intervals.
Ti получают из параметра Vector of temperatures.
b - линейное масштабирование для напряжения, b.
c - постоянное смещение для напряжения, c.
d - зависящее от температуры экспоненциальное увеличение, d.
a - показатель времени, a.
q - элементарный заряд электрона, в C.
k - постоянная Больцмана, в Дж/К.
Если для параметра Условие хранения установлено значение Specify state-of-charge during storageблок преобразует состояние заряда во время хранения в нормированное напряжение разомкнутой цепи с использованием табличного V0 напряжения относительно состояния заряда и температуры во время хранения.
Выдержанное сопротивление терминала - это произведение между сопротивлением терминала, R0 (SOC, T), увеличением процентного сопротивления, dR0 и законом мощности, который описывает временную зависимость календарного старения:
tst, i − 1 tst, m) a),
где:
T - температура батареи. Укажите точки останова T с помощью параметра Vector of temperatures, T при составлении таблицы параметров над температурой.
Tst - вектор температур хранения.
tst, i и tst, i-1 - временные выборки, полученные из вектора временных интервалов.
t0 принимается равным null.
tst, m - момент времени, в который измеряется увеличение сопротивления, dR0.
Выдержанное терминальное сопротивление представляет собой произведение между терминальным сопротивлением, R0 (SOC, T) и dR0:
Tst, i) 100).
Для блока Battery (Table-Based) имеется несколько встроенных параметризаций.
Эти данные предварительной параметризации позволяют настроить блок для представления компонентов определенными поставщиками. Параметры этих батарей соответствуют листам технических данных производителя. Чтобы загрузить предопределенную параметризацию, щелкните гиперссылку «Выбор предопределенной параметризации» в маске блока «Батарея (на основе таблиц)» и выберите элемент, который требуется использовать, из списка доступных компонентов.
Доступные предварительно параметризованные электрические параметры стационарного режима модели данных литий-ионной батареи. Изменение последовательного сопротивления в зависимости от срока службы батареи, тепловой массы и динамических параметров RC-сети не параметризуется. Вместо этого результирующее сопротивление резисторов сети RC суммируется с последовательным сопротивлением конкретных предварительно параметризованных данных. Если необходимо заполнить данные параметров RC, вычтите сетевое сопротивление net RC из данных последовательного сопротивления.
Имеющиеся данные параметризуются для 1C тока разряда до 99% глубины разряда. Для одной температуры приведены простые параметры замирания.
Примечание
Предопределенные параметризации компонентов Simscape используют доступные источники данных для предоставления значений параметров. Для заполнения недостающих данных используются инженерные суждения и упрощающие допущения. В результате следует ожидать отклонения между моделируемым и фактическим физическим поведением. Для обеспечения требуемой точности необходимо проверить смоделированное поведение на соответствие экспериментальным данным и при необходимости уточнить модели компонентов.
Функция быстрого графика позволяет визуализировать характеристику напряжения и заряда для значений параметров модели батареи. Чтобы распечатать характеристики, щелкните правой кнопкой мыши блок аккумулятора (на основе таблицы) в модели и в контекстном меню выберите «Electrical» > «Basic characteristics». Программное обеспечение автоматически вычисляет набор условий смещения на основе значений параметров блока и открывает окно рисунка, содержащее график зависимости напряжения без нагрузки от состояния заряда (SOC) для блока. Дополнительные сведения см. в разделе Печать основных характеристик блоков батарей.