В этом примере показано, как реализовать пассивную балансировку элементов для блока литий-ионных батарей. Различия между ячейками в модуле создают дисбаланс в состоянии заряда ячейки и, следовательно, напряжений. В этом примере алгоритм балансировки начинается, когда батарейный блок находится в нерабочем состоянии и разность в состоянии заряда элемента выше определенного заданного значения.
Чтобы использовать эту модель для создания уникального батарейного модуля, сначала укажите количество последовательно и параллельно соединенных ячеек. Затем укажите тип ячейки для всех отдельных ячеек, выбрав одну из следующих опций для параметра Выбрать тип ячейки блока Модуль батареи:
Pouch
Can
Compact cylindrical
Regular cylindrical
Батарейный модуль в этом примере содержит десять последовательно соединенных пакетных элементов.
Два выходных порта, SOC и Temp, предоставляют информацию о состоянии заряда и температуре каждой ячейки в модуле. Тепловой порт Amb используется для определения температуры окружающей среды при моделировании. Электрические порты поз и нег определяют электрические положительные и отрицательные выводы соответственно. Два входных порта, FlwR и FlwT, определяют регулирование расхода хладагента батареи и температуру на входе в модуль. Третий входной порт, SW, определяет состояние переключателя, включенное или выключенное, для балансировки пассивной ячейки через резистор.
На рисунке ниже показаны примеры элементов батареи в Pouch и Can конфигурации.
На рисунке ниже показаны примеры элементов батареи в Compact cylindrical и Regular cylindrical конфигурации.
Ниже приведены параметры модуля аккумуляторной батареи:
Вектор температур, T - температуры, при которых данные ячейки или модуля для изменяющихся по температуре свойств сводятся в таблицу, определяемые как вектор.
Одиночная ячейка Ahr rating, baseline - емкость ячейки при температурах, определенных в векторе температур, параметр T, указанный как вектор.
Вектор значений состояния заряда, SOC - диапазон значений между 0 и 1, при которых определяются электрические параметры ячейки, определяемый как вектор.
Вектор расхода хладагента, L - значения массового расхода хладагента, при которых определяется справочная таблица для охлаждения ячейки. Этот параметр должен охватывать несколько точек в интересующем диапазоне потоков. Этот параметр определяет размер параметра Эффективная скорость теплопередачи теплоносителя и задается как вектор.
Отсутствие напряжения нагрузки, V0 - значения потенциала разомкнутой цепи ячейки при различных значениях вектора состояния заряда, SOC и вектора температур, Т точек, заданных в виде матрицы.
Терминальное сопротивление, R0 - значения омического сопротивления ячейки при различных векторах значений заряда, SOC и Vector температур, Т точек, заданных в виде матрицы.
Саморазрядка - опция саморазряда ячейки; Disabled выбран для этого примера.
Поляризационное сопротивление - значения поляризационного сопротивления при различных значениях вектора состояния заряда, SOC и вектора температур, Т точек, заданных в виде матрицы.
Постоянная времени - постоянная времени при различных векторах значений заряда, SOC и Vector температур, T точек, заданных в виде матрицы.
Тепловая масса ячейки - тепловая масса отдельной ячейки, заданная как скаляр.
Теплопроводность ячейки - проводимость ячейки через плоскость для ячеек пакета и может, или радиальная проводимость для цилиндрических ячеек, заданная как скаляр.
Коэффициент теплопередачи в окружающую среду - значение коэффициента теплопередачи, указанное как скаляр.
Количество последовательно соединенных ячеек Ns - количество строк в последовательности, указанное как целое число.
Число параллельно соединенных ячеек Np - число параллельных ячеек в строке, указанное как целое число.
Выбрать тип ячейки - тип ячейки, указанный как Pouch, Can, Compact cylindrical, или Regular cylindrical.
Высота ячейки - высота ячейки, заданная как скаляр.
Ширина ячейки - ширина ячейки для Pouch и Can ячейки, указанные как скаляр.
Толщина ячейки - толщина ячейки для Pouch или Can ячейки, указанные как скаляр.
Диаметр ячейки - диаметр ячейки для Compact cylindrical или Regular cylindrical, указывается как скаляр.
Количество цилиндрических ячеек в прямой линии - количество цилиндрических ячеек, расположенных в прямой линии для упаковки, указанное как целое число.
Дополнительное суммарное сопротивление - сопротивление, объединяющее все встроенное сопротивление в модуле, указанное как скаляр. Это сопротивление представляет собой сумму сопротивлений элементов, шин, кабелей и/или сварных швов, указанных как скаляр.
Балансировка ячеек - метод балансировки ячеек, указанный как none или passive. В этом примере этот параметр имеет значение passive. При выборе passive балансировка ячеек, четыре параметра становятся видимыми. Эти параметры: шунтирующий резистор, замкнутое сопротивление коммутатора, разомкнутая проводимость коммутатора и порог работы коммутатора. Пассивная балансировка ячеек схематично показана на рисунке ниже:
Эффективная скорость теплопередачи теплоносителя от каждого элемента - оценка теплового сопротивления (Вт/К) теплопередачи от элементов батареи к теплоносителю, заданная в виде 3-D матрицы скалярных значений. Размер матрицы 3-D зависит от вектора температур, T, вектора расхода теплоносителя, параметров L и NsxNp. Параметр NsxNp - это общее количество ячеек в модуле. Охлаждение батареи представлено в виде справочной таблицы или матрицы 3-D размером [T, L, Ns * Np], и значения вычисляются с использованием подробных методов 3-D, таких как вычислительная динамика жидкости. Значения матрицы зависят от фактической конструкции оборудования системы охлаждения или холодных пластин в модуле. Эта матрица установлена равной нулю в текущем примере, в файлеee_lithium_pack_cellBalancing_ini.m.
Внешнее тепло (External heat) - внешнее тепло, подводимое к каждой ячейке в модуле из-за горячего компонента, расположенного рядом с модулем, указанного как вектор. В текущем примере он имеет нулевое значение.
Вектор начальной температуры ячейки - начальная температура ячейки, указанная как вектор.
Вектор начального состояния заряда ячейки - начальное состояние заряда ячейки, указанное как вектор. Первая ячейка несбалансирована и имеет самое низкое состояние заряда по сравнению с другими ячейками, как указано в файле ee_lithium_pack_cellBalancing_ini.m.
Вариация рейтинга соты Ahr - вариации емкости соты во всех векторах температур, Т точек для каждой соты, определенные как вектор скалярных значений. Если для этого массива задано значение 1, емкость всех ячеек одинакова. Значения массива для ячейки умножаются на значение, указанное в параметре Single cell Ahr rating, baseline для вычисления фактической емкости или Ahr rating ячейки.
Для определения расхода и температуры охлаждающей жидкости батареи укажите следующие входные данные:
FlwR - значение от 0 до 1, указанное как скаляр. Входное значение FlwR используется для динамического выбора правильного значения расхода во время моделирования. Значение входного сигнала FlwR определяет фактический расход в модуле. В параметре Вектор расхода теплоносителя L значение FlwR, равное 0, означает отсутствие потока, а значение FlwR, равное 1, означает наибольшее значение расхода. В этом примере FlwR имеет низкое значение 0,001.
FlwT - положительное или отрицательное значение, которое при суммировании с температурой окружающей среды равно температуре на входе хладагента. Значение + 15 для входа FlwT и 273,15 K для порта Amb делает температуру на входе хладагента равной 273,15 + 15 = 288.15K. Значение -15 для входа FlwT и 273,15 К на Amb делает температуру на входе хладагента равной 273,15-15 = 258,15 К. В этом примере FlwT устанавливается равной 0.
В этом примере аккумуляторная батарея запускается при температуре окружающей среды 25 градусов Цельсия. Аккумуляторная батарея простаивает, и ток через нее отсутствует. Алгоритм балансировки элементов активизируется, когда минимальная разница в состоянии заряда элемента превышает 0,05%, и батарейный блок находится в нерабочем состоянии. Заряд алгоритма закрывает переключатели для всех ячеек, кроме той, которая имеет наименьшее состояние заряда. Небольшой ток протекает через балансировочный резистор, и все зарядные состояния ячейки достигают почти одинаковых значений примерно за 2400 с.
На графике ниже показаны ток батареи, состояние заряда, максимальная разница в состоянии заряда элемента и операция переключения на основе логики, определенной в подсистеме алгоритма балансировки. Все ячейки, кроме первой ячейки с самым низким уровнем заряда, имеют замкнутый переключатель и теряют энергию через уравновешивающий резистор. Все ячейки модуля достигают почти одинаковых значений заряда менее чем за 45 минут.
