Battery

Типовая модель батареи

Библиотека:
Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / Источники

Описание

Блок Battery реализует типовую динамическую модель, которая представляет наиболее популярные типы аккумуляторных батарей.

Этот рисунок показывает эквивалентную схему, которую моделирует блок.

Характеристики заряда и разряда

Параметры схемы могут быть изменены, чтобы представлять определенный тип батареи и ее характеристики разряда. Типичная кривая разряда состоит из трех секций.

Первый раздел представляет экспоненциальное падение напряжения, когда батарея заряжена. Ширина капли зависит от типа батареи. Второй раздел представляет заряд, который может быть извлечен из батареи, пока напряжение не опустится ниже номинального напряжения батареи. Наконец, третья секция представляет общий разряд батареи, когда напряжение быстро падает.

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

Параметры модели получают из характеристик разряда. Характеристики разряда и зарядки приняты одинаковыми.

Передаточная функция Exp (s) представляет собой явление гистерезиса для свинцово-кислотных, никель-кадмиевых (NiCD) и никель-металлических гидридных (NiMH) батарей во время циклов зарядки и разрядки. Экспоненциальное напряжение увеличивается, когда батарея заряжается, 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 численным комплиментом SOC, таким что DOD = 100% - SOC.

Для примера, если SOC является:

100% - батарея полностью заряжена и DOD составляет 0%.
75% - Батарея заряжена 3/4 и DOD составляет 25%.
50% - Батарея 1/2 заряжена и DOD составляет 50%.
0% - Батарея имеет 0 заряда и DOD 100%.

Валидация модели

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

Параметризация

Извлечение параметров батареи из таблиц данных

Этот рисунок показывает подробные параметры, извлеченные из таблицы данных батареи Panasonic NiMH-HHR650D.

Вы можете получить номинальную емкость и внутреннее сопротивление из таблиц спецификаций. Другие детальные параметры получаются на графике Типовых Характеристик Сброса.

Параметр	Значение
Номинальная емкость	`6.5` Ах
Внутреннее Сопротивление	`2` mΩ
Номинальное напряжение (a)	`1.18` V
Номинальная емкость	`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 @ Номинальное Напряжение (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 из кривой разряда.

Кривые разряда, полученные из этих параметров, которые отмечены пунктирными линиями на следующих рисунках, аналогичны кривым таблицы данных.

Для представления температурных эффектов литий-ионного (Li-ионного) типа батареи требуется дополнительная кривая разряда при температуре окружающей среды, которая отличается от номинальной температуры и параметров тепловой характеристики. Дополнительные кривые разряда обычно не приводятся в табличных данных и могут потребовать проведения простых экспериментов. Следующие примеры показывают параметры, извлеченные из A123 ANR26650M1 Li-железо-фосфата и листов данных CGR 18 650 AF батареи Panasonic Li-кобальт-оксида.

Спецификации A123 ANR26650M1 таблицы данных включают необходимые точки кривых разряда и другие необходимые параметры.

Эти параметры получают из таблицы данных для A123 модели батареи, зависящей от температуры Ли-иона.

Параметр	Значение
Номинальное напряжение (c)	`3.22` V
Номинальная мощность	`2.3` Ах
Максимальная емкость (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 производительность при 0 ° C (ч)	`2.208` Ах
Начальное напряжение разряда при 0 ° C (e)	`3.45` V
Напряжение на 90% максимальной емкости при 0 ° C (g)	`2.8` V
Экспоненциальная зона при 0 ° C (f)	[`3.22` V, `0.23` Ах]
Термостойкость, от ячейки к окружающей среде (оценка)	`0.6`
Тепловая постоянная времени, от ячейки до среды (оценка)	`1000`

На рисунке штриховые линии показывают кривые разрядов, полученные при симуляции при различных температурах окружающей среды. Производительность модели очень близка к результатам таблицы данных.

Тот же подход к экстракции параметров применяется к CGR18650AF Panasonic Lithium-Ion с этими спецификациями.

Эти параметры извлекаются для модели батареи.

Параметр	Значение
Номинальное напряжение (c)	`3.3` V
Номинальная мощность	`2.05` Ах
Максимальная емкость (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 Ач]
Номинальная температура окружающей среды	`25`° C
Вторая температура окружающей среды	`0`° C
Максимальная производительность при 0 ° C (ч)	`1.78` Ах
Начальное напряжение разряда при 0 ° C (e)	`4` V
Напряжение на 90% максимальной емкости при 0 ° C (g)	`3.11` V
Экспоненциальная зона при 0 ° C (f)	[`3.8` V, `0.2` Ах]
Термостойкость, от ячейки к окружающей среде (оценка)	`0.06`
Тепловая постоянная времени, от ячейки до среды (оценка)	`1000`

Рисунок показывает хорошее соответствие между моделируемыми кривыми разряда (представленными штриховыми линиями) и кривыми таблицы данных. Точность модели зависит от точности выбранных точек из кривых разряда таблицы данных.

Моделируйте камеры последовательно и/или параллельно

Чтобы смоделировать последовательную и/или параллельную комбинацию камер на основе параметров одной камеры, используйте преобразование параметра, показанное в следующей таблице. The Nb_ser переменная соответствует количеству камер последовательно, и Nb_par соответствует количеству камер параллельно.

Параметр	Значение
Номинальное напряжение	1.18 * Nb_ser
Номинальная мощность	6.5 * Nb_par
Максимальная емкость	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 в модели используются эти уравнения.

Модель разряда (i * > 0)

$f_{1} (i t, i *, i, E x p) = E_{0} - K \cdot \frac{Q}{Q - i t} \cdot i * - K \cdot \frac{Q}{Q - i t} \cdot i t + {Лапласовский}^{- 1} (\frac{E x p (s)}{S e l (s)} \cdot 0)$
Модель заряда (i * < 0)

$f_{2} (i t, i *, i, E x p) = E_{0} - K \cdot \frac{Q}{i t + 0.1 \cdot Q} \cdot i * - K \cdot \frac{Q}{Q - i t} \cdot i t + {Лапласовский}^{- 1} (\frac{E x p (s)}{S e l (s)} \cdot \frac{1}{s})$

Для типа литий-ионного аккумулятора в модели используются эти уравнения.

Модель разряда (i * > 0)

$f_{1} (i t, i *, i) = E_{0} - K \cdot \frac{Q}{Q - i t} \cdot i * - K \cdot \frac{Q}{Q - i t} \cdot i t + A \cdot \exp (- B \cdot i t)$
Модель заряда (i * < 0)

$f_{2} (i t, i *, i) = E_{0} - K \cdot \frac{Q}{i t + 0.1 \cdot Q} \cdot i * - K \cdot \frac{Q}{Q - i t} \cdot i t + A \cdot \exp (- B \cdot i t)$

Для типов никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных батарей в модели используются эти уравнения.

Модель разряда (i * > 0)

$f_{1} (i t, i *, i, E x p) = E_{0} - K \cdot \frac{Q}{Q - i t} \cdot i * - K \cdot \frac{Q}{Q - i t} \cdot i t + {Лапласовский}^{- 1} (\frac{E x p (s)}{S e l (s)} \cdot 0)$
Модель заряда (i * < 0)

$f_{2} (i t, i *, i, E x p) = E_{0} - K \cdot \frac{Q}{| i t | + 0.1 \cdot Q} \cdot i * - K \cdot \frac{Q}{Q - i t} \cdot i t + {Лапласовский}^{- 1} (\frac{E x p (s)}{S e l (s)} \cdot \frac{1}{s}) .$

В уравнениях:
- _EBatt - нелинейное напряжение, в В.
- E 0 является постоянным напряжением, в В.
- Exp(s) - экспоненциал зон, в В.
- Sel(s) представляет режим аккумулятора. Sel(s) = 0 во время разряда батареи Sel(s) = 1 во время зарядки батареи.
- K - поляризационная константа, в V/Ah, или сопротивление поляризации, в оме.
- i* - низкочастотная динамика тока, в А.
- i - ток батареи, в А.
- it - извлеченная емкость, в Ah.
- Q - максимальная емкость батареи, в Ач.
- A - экспоненциальное напряжение, в В.
- B - экспоненциальная емкость, в Ah⁻¹.

Уравнения температурного эффекта

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

Модель разряда (i * > 0)

$f_{1} (i t, i *, i, T, T_{a}) = E_{0} (T) - K (T) \cdot \frac{Q (T_{a})}{Q (T_{a}) - i t} \cdot (i * + i t) + A \cdot \exp (- B \cdot i t) - C \cdot i t$

$V_{b a t t} (T) = f_{1} (i t, i *, i, T, T_{a}) - R (T) \cdot i$
Модель заряда (i * < 0)

$f_{1} (i t, i *, i, T, T_{a}) = E_{0} (T) - K (T) \cdot \frac{Q (T_{a})}{i t + 0.1 \cdot Q (T_{a})} \cdot i * - K (T) \cdot \frac{Q (T_{a})}{Q (T_{a}) - i t} \cdot i t + A \cdot \exp (- B \cdot i t) - C \cdot i t$

$V_{b a t t} (T) = f_{1} (i t, i *, i, T, T_{a}) - R (T) \cdot i,$

с

$E_{0} (T) = E_{0} |_{T_{r e f}} + \frac{\partial E}{\partial T} (T - T_{r e f})$

$K (T) = K |_{T_{r e f}} \cdot \exp (α (\frac{1}{T} - \frac{1}{T_{r e f}}))$

$Q (T_{a}) = Q |_{T_{a}} + \frac{Δ Q}{Δ T} \cdot (T_{a} - T_{r e f})$

$R (T) = R |_{T_{r e f}} \cdot \exp (β (\frac{1}{T} - \frac{1}{T_{r e f}})),$

где:
- _Tref - номинальная температура окружающей среды, в К.
- T - камера или внутренняя температура, в К.
- _Ta - температура окружающей среды, в К.
- E/ T является коэффициентом обратимой температуры напряжения в V/K.
- α - константа скорости Аррениуса для сопротивления поляризации.
- β - константа скорости Аррениуса для внутреннего сопротивления.
- И Q/, T является коэффициентом температуры максимальной емкости, в Ah/K.
- C - номинальный наклон кривой разряда, в V/Ah. Для литий-ионных батарей с менее выраженными кривыми разряда (такими как литий-железофосфатные батареи) этот параметр устанавливается в нуль.
Камеры или внутренняя температура, T в любой момент времени, t, выражается как:

$T (t) = L^{- 1} (\frac{P_{l o s s} R_{t h} + T_{a}}{1 + s \cdot t_{c}}),$

где:
- _Rth - термостойкость, камера к окружающей среде (° C/W).
- _tc является тепловой постоянной времени, камера к окружающей среде (ам).
- _Ploss - это общее тепло, выделяемое (W) в процессе зарядки или разгрузки, которое определяется
  
  $P_{l o s s} = (E_{0} (T) - V_{b a t t} (T)) \cdot i + \frac{\partial E}{\partial T} \cdot i \cdot T .$

Уравнения эффекта старения

Для типа литий-ионной батареи влияние старения (из-за циклирования) на емкость батареи и внутреннее сопротивление представлено этими уравнениями:

$Q (n) = {\begin{cases} Q_{B O L} - ε (n) \cdot (Q_{B O L} - Q_{E O L}) \begin{matrix} i f & k / 2 \neq 0 \end{matrix} \\ Q (n - 1) \begin{matrix} \begin{matrix} \begin{matrix} \end{matrix} \end{matrix} & o t h e r w i s e \end{matrix} \end{cases}$

$R (n) = {\begin{cases} R_{B O L} + ε (n) \cdot (R_{E O L} - R_{B O L}) \begin{matrix} i f & k / 2 \neq 0 \end{matrix} \\ R (n - 1) \begin{matrix} \begin{matrix} \begin{matrix} \end{matrix} \end{matrix} & o t h e r w i s e \end{matrix} \end{cases},$

$n = k T_{h} \begin{matrix} (k = 1, 2, 3, ... \infty) \end{matrix}$

где:

_Th - длительность полуклика, в с. Полный цикл получается, когда батарея разряжается и заряжается или наоборот.
_QBOL - максимальная емкость батареи, в Ач, в начале срока службы (BOL) и при номинальной температуре окружающей среды.
_QEOL - максимальная емкость батареи, в Ач, в конце срока службы (EOL) и при номинальной температуре окружающей среды.
_RBOL является внутренним сопротивлением батареи, в омах, на BOL и при номинальной температуре окружающей среды.
_REOL - внутреннее сопротивление батареи, в омах, при EOL и при номинальной температуре окружающей среды.
.r- коэффициент старения батареи. Коэффициент старения равен нулю и единице в BOL и EOL.

Коэффициент старения батареи,

$ε (n) = {\begin{cases} ε (n - 1) + \frac{0.5}{N (n - 1)} (2 - \frac{D O D (n - 2) + D O D (n)}{D O D (n - 1)}) \begin{matrix} i f & k / 2 \neq 0 \end{matrix} \\ ε (n - 1) \begin{matrix} \begin{matrix} \begin{matrix} \end{matrix} \end{matrix} & o t h e r w i s e \end{matrix} \end{cases},$

где:

DD - DOD батареи (%) после длительности.
N является максимальным количеством циклов и определяется
$N (n) = H {(\frac{D O D (n)}{100})}^{- ξ} \cdot \exp (- ψ (\frac{1}{T_{r e f}} - \frac{1}{T_{a} (n)})) \cdot {(I_{d i s_a v e} (n))}^{- γ_{1}} \cdot {(I_{c h_a v e} (n))}^{- γ_{2}},$
где:
- H - постоянная числа циклов.
- .r- экспонентный коэффициент для DOD.
- .r- константа скорости Аррениуса для числа циклов.
- _{Idis_ave} - средний ток разряда A в течение половины длительности.
- _{Ich_ave} - средний ток заряда A в течение половины длительности.
- γ 1 является экспонентным коэффициентом для тока разряда.
- γ 2 является коэффициентом степени для тока заряда.

Ограничения и допущения

Ограничения

Минимальное напряжение батареи без нагрузки составляет 0 В, а максимальное напряжение батареи равно 2 × _E0.
Минимальная емкость аккумулятора составляет 0 Ач, а максимальная емкость - _Qmax.

Предположения

Внутреннее сопротивление принято постоянным во время циклов заряда и разряда и не изменяется с амплитудой тока.
Параметры модели получают из характеристик разряда. Характеристики разряда и зарядки приняты одинаковыми.
Ёмкость батареи не меняется с амплитудой тока (эффект Пёкерта отсутствует).
Саморазряд батареи не представлен. Оно может быть представлено добавлением большого сопротивления параллельно с клеммами аккумуляторов.
Аккумулятор не имеет эффекта памяти.

Порты

Вход

расширить все

`Ta` - Температура окружающей среды
Simulink^® сигнал | скаляр

Input port для температуры окружающей среды.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Type равным Lithium-Ion и выберите Simulate temperature effects.

Выход

расширить все

`m` - Температура батареи, состояние заряда, ток, напряжение, возраст, максимальная емкость и температура окружающей среды
Вектор | сигнала Simulink

Выходной вектор сигналов для температуры батареи, состояния заряда, тока, напряжения, возраста, максимальной емкости и температуры окружающей среды. Чтобы демультиплексировать сигналы, можно использовать блок Bus Selector.

Сигнал	Определение	Модули
Температура окружающей среды	Температура окружающей среды	° C
Температура камеры	Камера или внутренняя температура	° C
SOC	Батарея SOC, представленная в процентах (от 0 до 100%). SOC составляет 100% для полностью заряженного аккумулятора и 0% для пустого аккумулятора. SOC вычисляется как: $S O C = 100 (1 - \frac{1}{Q} \int_{0}^{t} i (t) d t) .$	%
Ток	Ток батареи	A
Напряжение	Напряжение батареи	V
Возраст	Возраст батареи	Эквивалентные полные циклы
Максимальная емкость	Максимальная емкость батареи	Ах

Зависимости

Порт выводит сигналы для:

Температура окружающей среды, если выбран Simulate temperature effects.
Камера или внутренняя температура, если выбран Simulate temperature effects.
Возраст батареи, если Simulate aging effects выбран.
Максимальная емкость батареи, если выбран Simulate aging effects.

Сохранение

расширить все

`+` - Положительный терминал
специализированный электрический

Специализированный электрический порт сопоставлен с положительным контактом батареи.

`-` - Отрицательный терминал
специализированный электрический

Специализированный электрический порт сопоставлен с отрицательным выводом батареи.

Параметры

расширить все

Параметры

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

Модель батареи. Блок обеспечивает предопределенное поведение заряда для четырех типов батарей. Для Lithium-Ion батарея, блок предоставляет модели для симуляции эффектов температуры и старения.

Зависимости

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

Simulate temperature effects. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Моделирование температурных эффектов».
Simulate aging effects. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Моделирование эффектов старения».

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

Выберите для моделирования тепловой динамики.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Type равным Lithium-Ion. Для получения дополнительной информации см. раздел «Тип».

Если Simulate temperature effects выбран:

Temperature настройки видны. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Температура»
Отображается вход Ta порта. Для получения дополнительной информации см. Раздел 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)`

Чтобы смоделировать тепловую динамику, блок использует специфические для батареи температурные параметры.

Если у вас есть лицензия на Simulink Design Optimization™ и эмпирические данные о батарее, можно:

Установите этот параметр равным no.
Оцените параметры температуры на основе эмпирических данных с помощью Simulink Design Optimization.
Задайте параметры в настройках Temperature используя предполагаемые значения. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Температура»

В противном случае используйте предустановленные данные, которые блок обеспечивает для литий-ионного аккумулятора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Type равным Lithium-Ion и выберите Simulate temperature effects. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Тип и моделирование температурных эффектов».

Если этот параметр установлен в одну из предустановленных литий-ионных батарей, параметры в Parameters, Discharge и Temperature настройках отключены.

`Simulate aging effects` - Модель ухудшения емкости батареи, связанной с возрастом
off (по умолчанию) | on

Выберите, чтобы смоделировать ухудшение емкости батареи, связанное с возрастом.

Зависимости

Если выбран этот параметр, настройки Aging будут видны. Для получения дополнительной информации см. «Старение».

`Nominal voltage (V)` - Номинальное напряжение
`7.2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

`Rated capacity (Ah)` - Номинальная мощность
`5.4` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Номинальная емкость, _Qrated, батареи, в А ч. Номинальная емкость является минимальной эффективной емкостью батареи.

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

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

Заданное значение не влияет на кривую разряда, которую генерирует блок, если в настройках Discharge вы нажимаете Plot.

`Battery response time (s)` - Время отклика
`30` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

Время отклика батареи, в с, на 95% от конечного значения. Это значение представляет динамику напряжения и может наблюдаться, когда прикладывается шаг тока.

На графиках показаны напряжение и ток разряда для батареи со временем отклика 30 с.

Выброс

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

Выберите, чтобы блок определял параметры в настройках Discharge на основе значений, заданных для параметров в настройках Parameters.

Зависимости

Выбор этого параметра отключает параметры в настройках Discharge.

`Maximum capacity (Ah)` - Максимальная мощность в час усилителя
`5.4` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, в настройках Parameters установите Use a preset battery равным no. Для получения дополнительной информации смотрите Использовать предустановленный аккумулятор.

`Cut-off Voltage (V)` - Напряжение отключения
`5.4` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Минимальное допустимое напряжение батареи, в В. Это напряжение представляет конец характеристик разряда. При напряжении отключения батарея полностью разряжена.

`Fully charged voltage (V)` - Полностью заряженное напряжение
`8.3807` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Полностью заряженное напряжение, _Vfull, для заданного тока разряда. Полностью заряженное напряжение не является напряжением без нагрузки.

`Nominal discharge current (A)` - Номинальный ток разряда
`2.3478` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

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

`Internal resistance (Ohms)` - Внутреннее сопротивление
`0.013333` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Внутреннее сопротивление батареи, в омах. Когда используется предустановленная модель, загружается общее значение, которое соответствует 1% номинальной степени (номинальное напряжение, умноженное на номинальную емкость батареи). Сопротивление постоянно во время цикла заряда и разряда и не изменяется с амплитудой тока.

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

Емкость, _Qnom, извлекаемая из батареи, пока напряжение не опустится под номинальным напряжением. Это значение должно быть между _Qexp и _Qmax.

`Exponential zone [Voltage (V), Capacity (Ah)]` - Экспоненциальное напряжение зоны и емкость
`[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. Емкость должна быть от 0 до Qnom.

Дисплейные характеристики

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

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

`Units` - График характеристики разряда x единицах оси
`Time` (по умолчанию) | `Ampere-hour`

Модули, используемые для оси X графиков, сгенерированных Plot.

`Plot` - Характеристики сброса на график

Сгенерируйте рисунок из двух графиков, которые показывают характеристики разряда батареи. Первый график представляет номинальную кривую разряда для заданного значения для параметра Nominal Discharge Current. Второй график представляет кривые разряда в заданных токах разряда.

Зависимости

Токи разряда для второго графика являются заданными значениями для параметра Discharge current [i1, i2, i3,...] (A). Для получения дополнительной информации смотрите Разряд тока [i1, i2, i3,...] (А).

Модули для x -оси графиков определяются заданным значением, Ampere-hour (Ah) или Time, для параметра Units. Для получения дополнительной информации см. раздел « Модули».e cur

Температура

Настройки Temperature видны, только если в настройках Parameter параметр Type установлен на Lithium-Ion и установлен флажок Simulate temperature effects. Для получения дополнительной информации см. «Параметры», «Тип» и «Моделирование эффектов температуры».

Батарея обеспечивает предустановленные значения параметров для распространенных типов литий-ионных батарей. Чтобы использовать предустановленные значения параметров, в настройках Parameters установите Use a preset battery to parameter на одну из литий-ионных батарей. Для получения дополнительной информации смотрите Использовать предустановленный аккумулятор.

Если вы используете опцию предустановки, единственным включенным параметром в настройках Temperature является Initial cell temperature (deg. C). Другие параметры в настройках Temperature отключены, потому что блок предоставляет значения.

Кроме того, если у вас есть лицензия на Simulink Design Optimization и эмпирические данные о батареях, можно оценить температурные параметры для литий-иона на основе. Чтобы включить параметры, В настройках Parameters установите Use a preset battery to parameter равным no.

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

Камера или внутренняя температура батареи, в ° C в начале симуляции.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, в настройках Parameter установите Type равным Lithium-Ion и выберите Simulate temperature effects. Для получения дополнительной информации см. «Параметры», «Тип» и «Моделирование эффектов температуры».

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

Температура окружающей среды, в ° C, при номинальном условии операции. Блок принимает, что значения параметров, представленные в настройках Parameters, получаются при этой температуре окружающей среды.

Зависимости

Этот параметр видим, если в настройках Parameter вы задаете Type Lithium-Ion и выберите Simulate temperature effects. Для получения дополнительной информации см. «Параметры», «Тип» и «Моделирование эффектов температуры».

Этот параметр активируется, если в настройках Parameters вы задаете Use a preset battery no. Для получения дополнительной информации смотрите Использовать предустановленный аккумулятор.

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

Температура окружающей среды, в ° C, при втором рабочем условии. Это значение должно быть меньше значения, заданного для параметра Nominal ambient temperature T1 (deg. C) .

Зависимости

Параметры разряда в T2

`Maximum capacity (Ah)` - Максимальная мощность в час усилителя
`4.8` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Максимальная емкость батареи, в Ач, при температуре, заданной для Second ambient temperature parameter T2 (deg. C).

Зависимости

Этот параметр видим, если в настройках Parameter вы установите Type параметр равным Lithium-Ion и выберите Simulate temperature effects. Для получения дополнительной информации см. «Параметры», «Тип» и «Моделирование эффектов температуры».

`Initial discharge voltage (V)` - Начальное напряжение разряда
`7.1` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Напряжение разряда при второй температуре окружающей среды, в V, когда ток разряда впервые прикладывается.

Зависимости

`Voltage at 90% maximum capacity (V)` - напряжение максимальной емкости 90%
`5.655` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

Зависимости

`Exponential zone [Voltage (V), Capacity (Ah)]` - Экспоненциальное напряжение зоны и емкость
`[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

Тепловой ответ и потери тепла

`Thermal resistance, cell-to-ambient (deg. C/W)` - Термостойкость
`0.6` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Общее тепловое сопротивление, в ° C/W, между ячейкой и окружающими точками измерения. Принято, что температура камеры эквивалентна средней внутренней температуре батареи.

Зависимости

`Thermal time constant, cell-to-ambient (s)` - Тепловая константа времени
`2000` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Время отклика температуры, константа в с, между камерой и окружающими точками измерения. Вы можете получить это значение из переходной характеристики температуры окружающей среды, пока батарея находится в режиме ожидания.

Зависимости

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

Различие потерь степени между зарядом и разрядкой, в Вт, когда батарея заряжается и разряжается с той же скоростью C и окружающей температурой.

Чтобы определить различие потерь степени и P, используйте это уравнение:

$Δ P = \frac{t_{c} (θ_{2} - θ_{1})}{R_{t h}}$

где _θ1 и _θ2 скорости изменения внутренней температуры батареи (° С/с) во время разряда и заряда.

Зависимости

Этот параметр видим, только если в настройках Parameter параметр Type равен Lithium-Ion и установлен флажок Simulate temperature effects. Для получения дополнительной информации см. «Параметры», «Тип» и «Моделирование эффектов температуры».

Этот параметр включен, только если в настройках Parameters параметр Use a preset battery равен no. Для получения дополнительной информации смотрите Использовать предустановленный аккумулятор.

Старение

Настройки Aging видны, если в настройках Parameters вы установите параметр Type на Lithium-Ion и выберите Simulate aging effects. Для получения дополнительной информации см. «Тип и моделирование эффектов старения».

`Initial battery age (Equivalent full cycles)` - Начальный возраст батареи
`0` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

Возраст батареи или эквивалентные полные циклы в начале симуляции. Полный цикл определяется как полный расход и заряд до 100% DOD и 100% SOC при номинальной температуре окружающей среды и номинальном токе разряда и заряда. По умолчанию это 0.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, в настройках Parameters установите Type равным Lithium-Ion и выберите Simulate aging effects. Для получения дополнительной информации см. «Тип и моделирование эффектов старения».

`Aging model sampling time (s)` - Время дискретизации модели старения
`1e6` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Время симуляции шаг модели старения, в с.

Зависимости

Характеристики старения при температуре окружающей среды Ta1

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

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

Зависимости

`Capacity at EOL (End Of Life) (Ah)` - Пропускная способность до конца срока службы в час с усилителем
`5.4*0.9` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Максимальная емкость при EOL при температуре окружающей среды Ta1, в Ач.

Зависимости

`Internal resistance at EOL (Ohms)` - Внутреннее сопротивление в конце срока службы
`0.013333*1.2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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 ток разряда в А.

Зависимости

`Cycle life at 100% DOD, Ic and Id (Cycles)` - Срок службы цикла при 100% DOD, Ic, Id и Ta1
`1500` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

Зависимости

`Cycle life at 25% DOD, Ic and Id (Cycles)` - Жизненный цикл при 25% DOD, Ic, Id и Ta1
`10500` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

Зависимости

`Cycle life at 100% DOD, Ic and Idmax (Cycles)` - Срок службы цикла при 100% DOD, Ic, Id_max и Ta1
`1000` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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)` - Срок службы цикла при 100% DOD, Ic_max, Id и Ta1
`1400` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

Зависимости

Характеристики старения при температуре окружающей среды Ta2

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

Вторая температура окружающей среды, b Ta2, в ° C, во время испытания на эффективность.

Зависимости

`Cycle life at 100% DOD, Ic and Id (Cycles)` - Срок службы цикла при 100% DOD, Ic, Id и Ta2
`950` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

Зависимости

Примеры моделей

Модель батареи Ni-MH

Модель аккумулятора Ni-MH на 200 В, 6,5 Ач в процессе зарядки и разрядки.

Ссылки

[1] Омар Н., М. А. Монем, Я. Фируз, Й. Салминен, Й. Смекенс, О. Хегази, Х. Голоус, Г. Малдер, П. Ван ден Боше, Т. Куземанс и Й. Ван Мирло. «Литий-железофосфатная батарея - Оценка параметров старения и разработка модели жизненного цикла». Applied Energy, Vol. 113, January 2014, pp. 1575-1585.

[2] Saw, L.H., K. Somasundaram, Y. Ye, and A.A.O. Tay, «Электро-тепловой анализ литий-железофосфатной батареи для электрических транспортных средств». Журнал источников степени. Том 249, стр. 231-238.

[3] Tremblay, O., L.A. Dessaint, «Experimental Validation of a Battery Dynamic Model for EV Applications». World Electric Vehicle Journal. Том 3, 13-16 мая 2009 года.

[4] Zhu, C., X. Li, L. Song, and L. Xiang, «Development of a thermal based model for lithium ion блок батарей». Журнал источников степени. Том 223, стр. 155-164.

Документация

Battery

Описание

Характеристики заряда и разряда

Валидация модели

Параметризация

Уравнения

Ограничения и допущения

Порты

Вход

Ta - Температура окружающей среды Simulink® сигнал | скаляр

Зависимости

Выход

m - Температура батареи, состояние заряда, ток, напряжение, возраст, максимальная емкость и температура окружающей средыВектор | сигнала Simulink

Зависимости

Сохранение

+ - Положительный терминал специализированный электрический

- - Отрицательный терминал специализированный электрический

Параметры

Параметры

Type - Модель батареи 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 - Модель ухудшения емкости батареи, связанной с возрастом off (по умолчанию) | on

Зависимости

Nominal voltage (V) - Номинальное напряжение 7.2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Rated capacity (Ah) - Номинальная мощность 5.4 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

Battery response time (s) - Время отклика 30 (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

Выброс

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

Зависимости

Maximum capacity (Ah) - Максимальная мощность в час усилителя 5.4 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Cut-off Voltage (V) - Напряжение отключения 5.4 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Fully charged voltage (V) - Полностью заряженное напряжение 8.3807 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Nominal discharge current (A) - Номинальный ток разряда 2.3478 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Internal resistance (Ohms) - Внутреннее сопротивление 0.013333 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Capacity (Ah) at nominal voltage - Мощность в ампер-час при номинальном напряжении 4.8835 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

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

Units - График характеристики разряда x единицах оси Time (по умолчанию) | Ampere-hour

Plot - Характеристики сброса на график

Зависимости

Температура

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

Зависимости

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

Зависимости

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

Зависимости

Maximum capacity (Ah) - Максимальная мощность в час усилителя 4.8 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Initial discharge voltage (V) - Начальное напряжение разряда 7.1 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Voltage at 90% maximum capacity (V) - напряжение максимальной емкости 90% 5.655 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

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

Зависимости

Thermal resistance, cell-to-ambient (deg. C/W) - Термостойкость 0.6 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Thermal time constant, cell-to-ambient (s) - Тепловая константа времени 2000 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

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

Зависимости

Старение

Initial battery age (Equivalent full cycles) - Начальный возраст батареи 0 (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

Зависимости

Aging model sampling time (s) - Время дискретизации модели старения 1e6 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

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

Зависимости

Capacity at EOL (End Of Life) (Ah) - Пропускная способность до конца срока службы в час с усилителем 5.4*0.9 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Internal resistance at EOL (Ohms) - Внутреннее сопротивление в конце срока службы 0.013333*1.2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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
Simulink^® сигнал | скаляр

`m` - Температура батареи, состояние заряда, ток, напряжение, возраст, максимальная емкость и температура окружающей среды
Вектор | сигнала Simulink

`+` - Положительный терминал
специализированный электрический

`-` - Отрицательный терминал
специализированный электрический

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

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

`Simulate aging effects` - Модель ухудшения емкости батареи, связанной с возрастом
off (по умолчанию) | on

`Nominal voltage (V)` - Номинальное напряжение
`7.2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Rated capacity (Ah)` - Номинальная мощность
`5.4` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

`Battery response time (s)` - Время отклика
`30` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

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

`Maximum capacity (Ah)` - Максимальная мощность в час усилителя
`5.4` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Cut-off Voltage (V)` - Напряжение отключения
`5.4` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Fully charged voltage (V)` - Полностью заряженное напряжение
`8.3807` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Nominal discharge current (A)` - Номинальный ток разряда
`2.3478` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Internal resistance (Ohms)` - Внутреннее сопротивление
`0.013333` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

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

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

`Units` - График характеристики разряда x единицах оси
`Time` (по умолчанию) | `Ampere-hour`

`Plot` - Характеристики сброса на график

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

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

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

`Maximum capacity (Ah)` - Максимальная мощность в час усилителя
`4.8` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Initial discharge voltage (V)` - Начальное напряжение разряда
`7.1` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Voltage at 90% maximum capacity (V)` - напряжение максимальной емкости 90%
`5.655` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

`Thermal resistance, cell-to-ambient (deg. C/W)` - Термостойкость
`0.6` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Thermal time constant, cell-to-ambient (s)` - Тепловая константа времени
`2000` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

`Initial battery age (Equivalent full cycles)` - Начальный возраст батареи
`0` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

`Aging model sampling time (s)` - Время дискретизации модели старения
`1e6` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

`Capacity at EOL (End Of Life) (Ah)` - Пропускная способность до конца срока службы в час с усилителем
`5.4*0.9` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Internal resistance at EOL (Ohms)` - Внутреннее сопротивление в конце срока службы
`0.013333*1.2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`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)` - Срок службы цикла при 100% DOD, Ic, Id и Ta1
`1500` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Cycle life at 25% DOD, Ic and Id (Cycles)` - Жизненный цикл при 25% DOD, Ic, Id и Ta1
`10500` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Cycle life at 100% DOD, Ic and Idmax (Cycles)` - Срок службы цикла при 100% DOD, Ic, Id_max и Ta1
`1000` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Cycle life at 100 % DOD, Icmax and Id (Cycles)` - Срок службы цикла при 100% DOD, Ic_max, Id и Ta1
`1400` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

`Cycle life at 100% DOD, Ic and Id (Cycles)` - Срок службы цикла при 100% DOD, Ic, Id и Ta2
`950` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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