В этом примере показано, как моделировать автомобильный аккумуляторный блок для задач управления температурным режимом. Батарейный блок состоит из нескольких батарейных модулей, которые представляют собой комбинации ячеек последовательно и параллельно. Каждый аккумуляторный элемент моделируется с использованием блока Simscape Electrical Battery (на основе таблиц). В этом примере начальная температура и состояние заряда одинаковы для всех ячеек. Четыре батарейных модуля, три аналогичных и один отличающийся от трех других, соединены последовательно для имитации батарейного блока. Результаты в этом примере предполагают начальную температуру окружающей среды, равную 25 градусам Цельсия. Подсистема управления хладагентом определяет логику, используемую для определения расхода хладагента аккумуляторной батареи.
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
В этом примере используются ячейки типа пакета. Модули A, B и C состоят из пяти последовательно соединенных и двух параллельно соединенных ячеек. Модуль D состоит из шести последовательно соединенных и двух параллельно соединенных ячеек.
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.
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.
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 none.
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. Рабочие характеристики холодной пластины контролируются с использованием входных значений FlwR и FlwT.
Внешнее тепло (External heat) - внешнее тепло, подводимое к каждой ячейке в модуле из-за горячего компонента, расположенного рядом с модулем, указанного как вектор.
Вектор начальной температуры ячейки - начальная температура ячейки, указанная как вектор.
Вектор начального состояния заряда ячейки - начальное состояние заряда ячейки, указанное как вектор.
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.
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 K на Amb делает температуру на входе теплоносителя равной 273,15 - 15 = 258,15 K
В этом примере батарейный блок состоит из четырех модулей, соединенных последовательно. Первые три модуля идентичны. Четвертый модуль имеет различное количество ячеек, Ns4и эффективность охлаждения, coolantQ4, определенный в ee_lithium_pack_cooling_ini.m файл. Кабели, смоделированные как резисторы, соединяют модули друг с другом. Все модули имеют разный расход охлаждающей жидкости. Блок разделения потока в подсистеме батарейного блока определяет расход, который достигает каждого батарейного модуля.
Подсистема управления хладагентом отслеживает минимальную и максимальную температуры в батарейном блоке. Эта подсистема вычисляет расход на основе наибольшего значения между разницей между максимальной и минимальной температурами ячеек в блоке и разницей между максимальной температурой в блоке и величиной в Amb-порту. Для разницы в 10 градусов Цельсия или более FlwR устанавливается равным 1, в противном случае он линейно масштабируется до нуля, когда нет разности температур между различными элементами и температура батарейного источника питания очень близка к значению, установленному в порту Amb. В этом примере температура на входе хладагента, определенная в coolantTemp переменная рабочей области в ee_lithium_pack_cooling_ini.m файл, является постоянным.
В этом примере моделируется 600-секундный профиль диска. Скорость потока увеличивается вместе с температурой батарейного блока, что приводит к лучшему охлаждению батарейного блока.
