Equivalent Circuit Battery

Батарея цепи резистор-конденсатор (RC)

Библиотека:
Блок-набор силовых агрегатов/накопитель энергии и вспомогательный привод/сетевая батарея

Описание

Блок Equivalent Circuit Battery реализует батарею схемы резистор-конденсатор (RC), которую можно параметризовать, используя эквивалентное моделирование схемы (ECM). Чтобы симулировать состояние заряда (SOC) и напряжение на клемме, блок использует ток нагрузки и внутреннюю температуру ядра.

Блок Equivalent Circuit Battery вычисляет объединенное напряжение сетевой батареи с помощью интерполяционных таблиц параметров. Таблицы являются функциями SOC и температуры батареи. Можно использовать блок Estimation Equivalent Circuit Battery, чтобы помочь создать интерполяционные таблицы.

В частности, блок Equivalent Circuit Battery реализует эти параметры как интерполяционные таблицы, которые являются функциями SOC и температуры батареи:

Сопротивление ряда, _Ro =, (SOC, T)
Напряжение разомкнутой батареи, _Em = в (SOC, T)
Емкость батареи, _Cbatt =, (T)
Сопротивление сети, _Rn =, (SOC, T)
Емкость сети, _Cn = в (SOC, T)

Чтобы вычислить объединенное напряжение сети батарей, блок использует эти уравнения.

$\begin{array}{l} V_{T} = E_{m} - I_{b a t t} R_{o} - \sum_{1}^{n} V_{n} \\ V_{n} = \int_{0}^{t} [\frac{I_{b a t t}}{C_{n}} - \frac{V_{n}}{R_{n} C_{n}}] d t \\ S O C = \frac{- 1}{C_{b a t t}} \int_{0}^{t} I_{b a t t} d t \\ I_{b a t t} = \frac{I_{i n}}{N_{p}} \\ V_{o u t} = N_{s} V_{T} \\ P_{B a t t L o s s} = I_{b a t t}^{2} R_{0} + \sum_{1}^{n} \frac{V_{n}^{2}}{R_{n}} \\ L d_{A m p H r} = \int_{0}^{t} I_{b a t t} d t \end{array}$

Положительный ток указывает на разряд батареи. Отрицательный ток указывает на заряд батареи.

Учет степени

Для учета степени, блок реализует эти уравнения.

Сигнал шины Описание Уравнения

Сигнал шины	Описание	Уравнения
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd` - Степень между блоками Положительные сигналы указывают на поток в блок Отрицательные сигналы указывают на выход из блока	`PwrLdBatt`	Сетевые степени аккумуляторов	$\begin{array}{l} V_{b a t t} = V_{o u t} ИЛИ \frac{V_{o u t}}{τ s + 1} \\ P_{b a t t} = - V_{b a t t} I_{b a t t} \\ P_{L d B a t t} = - P_{b a t t} \end{array}$
`PwrNotTrnsfrd` - Степень через контур блока, но не переданный Положительные сигналы указывают на вход Отрицательные сигналы указывают на потерю	`PwrLossBatt`	Степень в сети аккумуляторов	$P_{L o s s B a t t} = - (I_{b a t t}^{2} R_{0} + \sum_{1}^{n} \frac{V_{n}^{2}}{R_{n}})$
`PwrStored` - Сохраненная скорость изменения энергии Положительные сигналы указывают на увеличение Отрицательные сигналы указывают на уменьшение	`PwrStoredBatt`	Степень сети аккумуляторов сохранена	$P_{S t o r e d B a t t} = P_{B a t t} + P_{L o s s B a t t}$

PwrInfo

PwrTrnsfrd - Степень между блоками

Положительные сигналы указывают на поток в блок
Отрицательные сигналы указывают на выход из блока

PwrLdBatt

Сетевые степени аккумуляторов

$\begin{array}{l} V_{b a t t} = V_{o u t} ИЛИ \frac{V_{o u t}}{τ s + 1} \\ P_{b a t t} = - V_{b a t t} I_{b a t t} \\ P_{L d B a t t} = - P_{b a t t} \end{array}$

PwrNotTrnsfrd - Степень через контур блока, но не переданный

Положительные сигналы указывают на вход
Отрицательные сигналы указывают на потерю

PwrLossBatt

Степень в сети аккумуляторов

$P_{L o s s B a t t} = - (I_{b a t t}^{2} R_{0} + \sum_{1}^{n} \frac{V_{n}^{2}}{R_{n}})$

PwrStored - Сохраненная скорость изменения энергии

Положительные сигналы указывают на увеличение
Отрицательные сигналы указывают на уменьшение

PwrStoredBatt

Степень сети аккумуляторов сохранена

$P_{S t o r e d B a t t} = P_{B a t t} + P_{L o s s B a t t}$

В уравнениях используются эти переменные.

SOC	Состояние оплаты
_Em	Напряжение разомкнутой батареи
_Ibatt	Ток батареи на модуль
_Iin	Комбинированный ток, вытекающий из сети аккумуляторов
_Ro	Последовательное сопротивление
_Np	Число параллельных ветвей
_Np	Количество последовательных пар RC
_Vout, _VT	Комбинированное напряжение аккумуляторной сети
_Vn	Напряжение для `n`-я пара RC
_Rn	Сопротивление для `n`-я пара RC
_Cn	Емкость для `n`-я пара RC
_Cbatt	Емкость батареи
_Pbatt	Степень батареи
_PLossBatt	Отрицательное значение потерь степени от сети аккумуляторов
_PBattLoss	Степень в сети аккумуляторов
_PStoredBatt	Степень сети аккумуляторов сохранена
_PLdBatt	Сетевые степени аккумуляторов
T	Температура батареи

Порты

Исходные данные

расширить все

`CapInit` - Емкость батареи
`scalar`

Номинальная емкость батареи при номинальной температуре, _Capbatt, в Ач.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите External Input для параметра Initial battery capacity.

`BattCurr` - Ток сети аккумуляторов
`scalar`

Комбинированный ток, вытекающий из сети аккумуляторов, _Iin, в А.

`BattTemp` - Температура батареи
`scalar`

Температура батареи, T, в К.

Выход

расширить все

`Info` - Сигнал шины
автобус

Сигнал шины, содержащий эти вычисления блоков.

Сигнал			Описание	Переменная	Модули
`BattCurr`			Комбинированный ток, вытекающий из сети аккумуляторов	_Ibatt	A
`BattAmpHr`			Энергия батареи	_LdAmpHr	A * h
`BattSoc`			Грузоподъемность	SOC	НА
`BattVolt`			Комбинированное напряжение аккумуляторной сети	_Vout	V
`BattPwr`			Степень батареи	_Pbatt	W
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd`	`PwrLdBatt`	Сетевые степени аккумуляторов	_PLdBatt	W
	`PwrNotTrnsfrd`	`PwrLossBatt`	Степень в сети аккумуляторов	_PLossBatt	W
	`PwrStored`	`PwrStoredBatt`	Степень сети аккумуляторов сохранена	_PStoredBatt	W

`BattVolt` - Выходное напряжение батареи
`scalar`

Комбинированное напряжение сети аккумуляторов, _Vout, в В.

Параметры

расширить все

Опции блока

`Initial battery capacity` - Вход или параметр
`Parameter` (по умолчанию) | `External Input`

Начальная емкость батареи, _Capbatt, в А ч.

Зависимости

Параметры блоков блока	Создает
`External Input`	Input port `CapInit`
`Parameter`	Параметрический Initial battery capacity, BattCapInit

`Output battery voltage` - Нефильтрованный или фильтр
`Unfiltered` (по умолчанию) | `Filtered`

Выберите Filtered для применения фильтра первого порядка к выходу напряжению бэттера.

Зависимости

Установка Output battery voltage параметра на Filtered создает следующие параметры:

Output battery voltage time constant, Tc
Output battery voltage initial value, Vinit

Основная батарея

`Number of series RC pairs` - RC-пары
`1` (по умолчанию) | `2` | `3` | `4` | `5`

Количество последовательных пар RC. Для лития обычно 1 или 2.

`Open circuit voltage Em table data, Em` - Таблица напряжений
`[3.5042 3.5136; 3.5573 3.5646; 3.6009 3.6153; 3.6393 3.6565; 3.6742 3.6889; 3.7121 3.7214; 3.7937 3.8078; 3.8753 3.8945; 3.97 3.9859; 4.0764 4.0821; 4.1924 4.193]` (по умолчанию) | `array`

Таблица напряжения разомкнутой цепи, _Em, в В. Функция SOC и температуры батареи.

`Series resistance table data, R0` - Сопротивление
`array`

Таблица сопротивления рядов, _Ro, в омах. Функция SOC и температуры батареи.

`State of charge breakpoints, SOC_BP` - точки останова SOC
`[0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1]` (по умолчанию) | `vector`

Точки останова состояния заряда (SOC), безразмерные.

`Temperature breakpoints, Temperature_BP` - Батарея
`[293.15 313.15]` (по умолчанию) | `vector`

Точки останова температуры батареи, К.

`Battery capacity table, BattCap` - Емкость
`[28 28]` (по умолчанию) | `array`

Емкость батареи, _Cbatt, в А ч. Функция температуры батареи.

`Initial battery capacity, BattCapInit` - Емкость
`28` (по умолчанию) | `scalar`

Начальная емкость батареи, _Capbatt, в А ч.

Зависимости

Параметры блоков блока	Создает
`External Input`	Input port `CapInit`
`Parameter`	Параметрический Initial battery capacity, BattCapInit

`Initial capacitor voltage, InitialCapVoltage` - Напряжение
`0` (по умолчанию) | `array`

Начальное напряжение конденсатора, в В. Размерность вектора должна равняться Number of series RC pairs.

`Output battery voltage time constant, Tc` - Постоянная времени фильтрации
`1/1000` (по умолчанию) | `scalar`

Выходная постоянная напряжения батареи, _Tc, в с. Используется в фильтре напряжения первого порядка.

Зависимости

Установка Output battery voltage параметра на Filtered создает следующие параметры:

Output battery voltage time constant, Tc
Output battery voltage initial value, Vinit

`Output battery voltage initial value, Vinit` - Начальное напряжение фильтра
`4.193` (по умолчанию) | `scalar`

Начальное значение напряжения выходной батареи, _Vinit, в В. Используется в фильтре напряжения первого порядка.

Зависимости

Установка Output battery voltage параметра на Filtered создает следующие параметры:

Output battery voltage time constant, Tc
Output battery voltage initial value, Vinit

Данные таблицы R и C

`Данные таблицы сопротивления сети, R n` - Интерполяционная таблица
`[0.010342 0.0012244; 0.0067316 0.0011396; 0.0051156 0.0012661; 0.0043447 0.0012265; 0.0038826 0.0011163; 0.0034226 0.0009968; 0.003346 0.0011458; 0.0033222 0.001345; 0.0033201 0.0013091; 0.0032886 0.0010986; 0.0028114 0.0010309]` (по умолчанию) | `array`

Данные таблицы сопротивления сети для n-я пара RC, в омах, как функция SOC и температуры батареи.

`Данные таблицы емкостей сети, C n` - Интерполяционная таблица
`[2287.7 11897; 6122 24515; 18460 42098; 20975 44453; 15254 33098; 10440 24492; 13903 32975; 16694 40007; 15784 35937; 12165 26430; 9118 24795]` (по умолчанию) | `array`

Данные таблицы емкости сети для n-я пара RC, в F, как функция SOC и температуры батареи.

Пределы камер

`Upper integrator voltage limit, Vu` - Максимум
`-Inf` (по умолчанию) | `scalar`

Верхний предел напряжения, в В.

`Lower integrator voltage limit, Vl` - Минимум
`-Inf` (по умолчанию) | `scalar`

Нижний предел напряжения, в В.

Примеры моделей

Пример готовых узлов EV

Симулируйте модель EV с генератором, батареей, прямой коробкой передач и соответствующими алгоритмами управления силовым агрегатом. Используйте для анализа соответствия силового агрегата и выбора компонентов, проекта алгоритмов управления и диагностики и проверки оборудования в цикле (HIL).

Ссылки

[1] Ahmed, R., J. Gazzarri, R. Jackey, S. Onori, S. Habibi, et al. «Основанная на модели идентификация параметров здоровых и выдержанных литий-ионных батарей для электрических Транспортных средств применений». SAE International Journal of Alternative Powertrains. doi: 10,4271/2015-01-0252, 4 (2): 2015.

[2] Gazzarri, J., N. Shrivastava, R. Jackey, and C. Borghesani. «Моделирование, моделирование и развертывание пакетов батарей на многоядерном объекте реального времени». SAE International Journal of Aerospace. doi: 10,4271/2014-01-2217, 7 (2): 2014.

[3] Huria, T., M. Ceraolo, J. Gazzarri, and R. Jackey. «Высокоточная электрическая модель с тепловой зависимостью для характеристики и симуляции литиевых элементов батареи высокой степени». IEEE^® Международная конференция по электрическому Транспортному средству. Март 2012, стр. 1-8.

[4] Huria, T., M. Ceraolo, J. Gazzarri, and R. Jackey. «Упрощенный расширенный фильтр Калмана наблюдатель для SOC оценки коммерческих энергетически ориентированных литиевых элементов батареи LFP». Технический документ SAE 2013-01-1544. doi: 10.4271/2013-01-1544, 2013.

[5] Джеки, Р. «Простой, эффективный процесс моделирования свинцово-кислотной батареи для выбора компонентов электрических систем». Технический документ SAE 2007-01-0778. doi: 10.4271/2007-01-0778, 2007.

[6] Джеки, Р., Г. Плетт и М. Клейн. Параметризация модели симуляции батареи с использованием численных методов оптимизации. Технический документ SAE 2009-01-1381. doi: 10.4271/2009-01-1381, 2009.

[7] Jackey, R., M. Saginaw, T. Huria, M. Ceraolo, P. Sanghvi, and J. Gazzarri. Оценка параметра модели батареи с использованием многослойного метода: Пример с использованием литиевой железофосфатной камеры. Технический документ SAE 2013-01-1547. Warrendale, PA: SAE International, 2013.

Документация

Equivalent Circuit Battery

Описание

Учет степени

Порты

Исходные данные

CapInit - Емкость батареи scalar

Зависимости

BattCurr - Ток сети аккумуляторов scalar

BattTemp - Температура батареи scalar

Выход

Info - Сигнал шины автобус

BattVolt - Выходное напряжение батареи scalar

Параметры

Initial battery capacity - Вход или параметр Parameter (по умолчанию) | External Input

Зависимости

Output battery voltage - Нефильтрованный или фильтр Unfiltered (по умолчанию) | Filtered

Зависимости

Number of series RC pairs - RC-пары 1 (по умолчанию) | 2 | 3 | 4 | 5

Open circuit voltage Em table data, Em - Таблица напряжений [3.5042 3.5136; 3.5573 3.5646; 3.6009 3.6153; 3.6393 3.6565; 3.6742 3.6889; 3.7121 3.7214; 3.7937 3.8078; 3.8753 3.8945; 3.97 3.9859; 4.0764 4.0821; 4.1924 4.193] (по умолчанию) | array

Series resistance table data, R0 - Сопротивление array

State of charge breakpoints, SOC_BP - точки останова SOC [0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1] (по умолчанию) | vector

Temperature breakpoints, Temperature_BP - Батарея [293.15 313.15] (по умолчанию) | vector

Battery capacity table, BattCap - Емкость [28 28] (по умолчанию) | array

Initial battery capacity, BattCapInit - Емкость 28 (по умолчанию) | scalar

Зависимости

Initial capacitor voltage, InitialCapVoltage - Напряжение 0 (по умолчанию) | array

Output battery voltage time constant, Tc - Постоянная времени фильтрации 1/1000 (по умолчанию) | scalar

Зависимости

Output battery voltage initial value, Vinit - Начальное напряжение фильтра 4.193 (по умолчанию) | scalar

Зависимости

Данные таблицы емкостей сети, C n - Интерполяционная таблица [2287.7 11897; 6122 24515; 18460 42098; 20975 44453; 15254 33098; 10440 24492; 13903 32975; 16694 40007; 15784 35937; 12165 26430; 9118 24795] (по умолчанию) | array

Upper integrator voltage limit, Vu - Максимум -Inf (по умолчанию) | scalar

Lower integrator voltage limit, Vl - Минимум -Inf (по умолчанию) | scalar

Примеры моделей

Пример готовых узлов EV

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + + Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

См. также

Темы

Документация Powertrain Blockset

Поддержка

`CapInit` - Емкость батареи
`scalar`

`BattCurr` - Ток сети аккумуляторов
`scalar`

`BattTemp` - Температура батареи
`scalar`

`Info` - Сигнал шины
автобус

`BattVolt` - Выходное напряжение батареи
`scalar`

`Initial battery capacity` - Вход или параметр
`Parameter` (по умолчанию) | `External Input`

`Output battery voltage` - Нефильтрованный или фильтр
`Unfiltered` (по умолчанию) | `Filtered`

`Number of series RC pairs` - RC-пары
`1` (по умолчанию) | `2` | `3` | `4` | `5`

`Open circuit voltage Em table data, Em` - Таблица напряжений
`[3.5042 3.5136; 3.5573 3.5646; 3.6009 3.6153; 3.6393 3.6565; 3.6742 3.6889; 3.7121 3.7214; 3.7937 3.8078; 3.8753 3.8945; 3.97 3.9859; 4.0764 4.0821; 4.1924 4.193]` (по умолчанию) | `array`

`Series resistance table data, R0` - Сопротивление
`array`

`State of charge breakpoints, SOC_BP` - точки останова SOC
`[0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1]` (по умолчанию) | `vector`

`Temperature breakpoints, Temperature_BP` - Батарея
`[293.15 313.15]` (по умолчанию) | `vector`

`Battery capacity table, BattCap` - Емкость
`[28 28]` (по умолчанию) | `array`

`Initial battery capacity, BattCapInit` - Емкость
`28` (по умолчанию) | `scalar`

`Initial capacitor voltage, InitialCapVoltage` - Напряжение
`0` (по умолчанию) | `array`

`Output battery voltage time constant, Tc` - Постоянная времени фильтрации
`1/1000` (по умолчанию) | `scalar`

`Output battery voltage initial value, Vinit` - Начальное напряжение фильтра
`4.193` (по умолчанию) | `scalar`

`Данные таблицы емкостей сети, C n` - Интерполяционная таблица
`[2287.7 11897; 6122 24515; 18460 42098; 20975 44453; 15254 33098; 10440 24492; 13903 32975; 16694 40007; 15784 35937; 12165 26430; 9118 24795]` (по умолчанию) | `array`

`Upper integrator voltage limit, Vu` - Максимум
`-Inf` (по умолчанию) | `scalar`

`Lower integrator voltage limit, Vl` - Минимум
`-Inf` (по умолчанию) | `scalar`

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®