Battery

Поведенческая модель батареи

Библиотека:
Simscape/Электрический/Источники

Описание

Блок Battery представляет простую модель батареи. Блок имеет четыре варианта моделирования, доступных путем щелчка правой кнопкой мыши по блоку в вашей блок-схеме и затем выбора соответствующей опции из контекстного меню, в разделе Simscape > Block choices:

Uninstrumented | No thermal port - базовая модель, которая не выводит уровень заряда батареи или имитирует термальные эффекты. Этот вариант моделирования является вариантом по умолчанию.
Uninstrumented | Show thermal port - Модель с пустым тепловым портом. Эта модель не измеряет уровень внутреннего заряда батареи.
Instrumented | No thermal port - Модель с пустым выходным портом заряда. Эта модель не моделирует термальные эффекты.
Instrumented | Show thermal port - Модель, которая позволяет вам измерить уровень внутреннего заряда батареи и симулировать термальные эффекты. И тепловой порт, и выходной порт заряда открыты.

Инструментальные варианты имеют дополнительный порт физического сигнала, который выводит внутреннее состояние заряда. Используйте эту функциональность, чтобы изменить поведение нагрузки как функцию от состояния заряда, без сложности создания оценки состояния заряда.

Варианты теплового порта открывают тепловой порт, который представляет тепловую массу батареи. Когда вы выберете эту опцию, предоставьте дополнительные параметры, чтобы задать поведение батареи при второй температуре. Для получения дополнительной информации см. «Моделирование термальных эффектов».

Эквивалентная схема батареи состоит из основной модели батареи, _RSD сопротивления саморазряда, модели динамики заряда и последовательной _R0 сопротивления.

Модель батареи

Если вы выбираете Infinite для параметра Battery charge capacity, блок моделирует батарею как последовательный резистор и источник постоянного напряжения. Если вы выбираете Finite для параметра Battery charge capacity, блок моделирует батарею как последовательный резистор и зависимый от заряда источник напряжения. В конечном случае напряжение является функцией заряда и имеет следующее соотношение:

$V = V_{0} (\frac{SOC}{1 - β (1 - SOC)})$

где:

SOC (состояние заряда) - отношение тока заряда к номинальной емкости батареи.
V 0 является напряжением, когда батарея полностью заряжена без нагрузки, как определяется параметром Nominal voltage, Vnom .
β является константой, которая вычисляется так, что напряжение батареи V1, когда заряд AH1. Задайте V1 напряжения и оценку в ампер-час AH1 используя параметры блоков. AH1 - это заряд, когда напряжение без нагрузки (разомкнутой цепи) V1, и V1 меньше номинального напряжения.

Уравнение задает отношение между напряжением и оставшимся зарядом. Это приближение повторяет увеличение скорости падения напряжения при низких значениях заряда и гарантирует, что напряжение батареи станет нулем, когда уровень заряда равен нулю. Преимущество этой модели в том, что она требует немного параметров, которые легко доступны на большинстве таблиц данных.

Моделирование затухания батареи

Для моделей аккумуляторов с конечной емкостью заряда аккумулятора можно смоделировать ухудшение эффективности аккумулятора в зависимости от количества циклов разряда. Это ухудшение называется battery fade. Чтобы включить затухание батареи, установите параметр Battery fade равным Enabled. Этот параметр отображает дополнительные параметры в разделе Fade.

Блок реализует исчезновение батареи путем масштабирования некоторых значений параметров батареи, которые вы задаете в разделе Main, в зависимости от количества завершенных циклов разряда. Блок использует умножители λ _AH, _λ R0 и _λ V1 на значениях параметров Ampere-hour rating, Internal resistance и Voltage V1 when charge is AH1, соответственно. Эти умножители, в свою очередь, зависят от количества циклов разряда:

$λ_{A H} = 1 - k_{1} N^{0.5}$

$λ_{R 0} = 1 + k_{2} N^{0.5}$

$λ_{V 1} = 1 - k_{3} N$

$N = N_{0} + \frac{1}{A H} \int_{0}^{t} \frac{i (t) \cdot H (i (t))}{λ_{A H} (t)} d t$

где:

_λAH - умножитель номинальной емкости батареи.
_λR0 является умножителем для сопротивления ряда батарей.
_λV1 является умножителем для V1 напряжения.
N - количество завершенных циклов разряда.
_N0 - количество циклов полного разряда, завершенных перед началом симуляции.
AH - номинальная емкость батареи в ампер-часах.
i(t) - мгновенный выходной ток батареи.
H(i(t)) - функция Heaviside мгновенного выходного тока батареи. Эта функция возвращает 0, если аргумент отрицательный, и 1, если аргумент положительный.

Блок вычисляет коэффициенты _k1, _k2 и _k3 путем подстановки значений параметров, которые вы предоставляете в секции Fade, в эти уравнения батареи. Для примера набор параметров блоков по умолчанию соответствует следующим значениям коэффициентов:

_k1 = 1e-2
_k2 = 1e-3
_k3 = 1e-3

Можно также задать начальную точку для симуляции, основанную на предыдущей истории зарядов-разрядов, используя высокоприоритетную переменную Discharge cycles. Для получения дополнительной информации см. раздел Переменные.

Моделирование термальных эффектов

Для тепловых вариантов блока вы предоставляете дополнительные параметры, чтобы задать поведение батареи при второй температуре. Расширенные уравнения для напряжения, когда тепловой порт доступен:

$V = V_{0 T} (\frac{SOC}{1 - β_{T} (1 - SOC)})$

$V_{0 T} = V_{0} (1 + λ_{V} (T - T_{1}))$

где:

T - температура батареи.
_T1 - номинальная температура измерения.
_λV - коэффициент температурной зависимости параметра для V 0.
$β_{T} = β [1 + λ_{β} (T - T_{1})] .$
_λβ - коэффициент температурной зависимости параметра для β.
β вычисляется так же, как и модель батареи, с помощью измененной температурой номинальной _V0T напряжения.

Сопротивление внутреннего ряда, сопротивление саморазряда и любые динамические сопротивления заряда также являются функциями температуры:

$R_{T} = R (1 + λ_{R} (T - T_{1}))$

где _λR - коэффициент температурной зависимости параметра.

Все коэффициенты температурной зависимости определяются из соответствующих значений, которые вы обеспечиваете при номинальной и второй температурах измерения. Если вы включаете динамику заряда в модель, постоянные времени изменяются с температурой таким же образом.

Температура батареи определяется из суммирования всех омических потерь, включенных в модель:

$M_{t h} \dot{T} = \sum_{i} V_{T, i}^{2} / R_{T, i}$

где:

_Mth - тепловая масса батареи.
i соответствует i омическому вкладчику потерь. В зависимости от того, как вы сконфигурировали блок, потери включают:
- Последовательное сопротивление
- Сопротивление саморазряда
- Первый сегмент динамики зарядов
- Второй сегмент динамики зарядов
- Третий сегмент динамики зарядов
- Четвертый сегмент динамики зарядов
- Пятый сегмент динамики зарядов
_VT,i - падение напряжения на резисторе i.
_RT,i резистор i.

Моделирование динамики заряда

Можно смоделировать динамику заряда батареи с помощью параметра Charge dynamics:

No dynamics - Эквивалентная схема не содержит параллельных сечений RC. Нет задержки между напряжением контакта и внутренним зарядным напряжением батареи.
One time-constant dynamics - Эквивалентная схема содержит одну параллельную секцию RC. Задайте постоянную времени, используя параметр First time constant.
Two time-constant dynamics - Эквивалентная схема содержит две параллельные секции RC. Задайте временные константы, используя параметры First time constant и Second time constant.
Three time-constant dynamics - Эквивалентная схема содержит три параллельные секции RC. Задайте временные константы, используя параметры First time constant, Second time constant и Third time constant.
Four time-constant dynamics - Эквивалентная схема содержит четыре параллельные секции RC. Задайте временные константы, используя параметры First time constant, Second time constant, Third time constant и Fourth time constant.
Five time-constant dynamics - Эквивалентная схема содержит пять параллельных секций RC. Задайте временные константы, используя параметры First time constant, Second time constant, Third time constant, Fourth time constant и Fifth time constant.

Этот рисунок показывает эквивалентную схему для блока, сконфигурированного с двумя динамиками постоянной времени.

На схеме:

_RRC1 и _RRC2 являются параллельными RC-сопротивлениями. Задайте эти значения с First polarization resistance и Second polarization resistance параметрами, соответственно.
_CRC1 и _CRC2 являются параллельными RC емкостями. Временная константа, τ для каждого параллельного сечения, связывает R и C значения с помощью отношения $C = τ / R$ . Задайте τ для каждого раздела, используя параметры First time constant и Second time constant, соответственно.
_R0 - сопротивление ряда. Задайте это значение с параметром Internal resistance.

Моделирование старения батареи

Для моделей аккумуляторов с конечной емкостью заряда аккумулятора можно смоделировать ухудшение эффективности аккумулятора, которое происходит, когда аккумулятор не используется. Старение календаря влияет как на внутреннее сопротивление, так и на емкость. В частности, увеличение сопротивления зависит от различных механизмов, таких как создание Solid Electrolyte Interface (SEI) как на аноде, так и на катоде и коррозия токоприемника. Эти процессы в основном зависят от температуры хранения, состояния заряда и времени.

Это уравнение определяет терминальное увеличение сопротивления батареи из-за календарного старения:

$\begin{matrix} α_{r} (T, V_{o c}) = (b V_{o c} - c) e^{- \frac{q d}{k T}}, \\ R = R_{0} (1 + \sum_{i = 1}^{i = n} α_{r} (T_{i}, V_{o c}) (t_{i}^{a} - t_{i - 1}^{a})), \end{matrix}$

где:

_Voc является Normalized open-circuit voltage during storage, V/Vnom.
_R0 является Internal resistance.
_ti - временная выборка, выведенная из параметра Vector of time intervals.
_Ti определяется из параметра Vector of temperatures.
b является Linear scaling for voltage, b.
c является Constant offset for voltage, c.
d является Temperature-dependent exponential increase, d.
a является Time exponent, a.
q - элементарный заряд электрона, в С.
k - константа Больцмана, в J/K.

Для тепловых вариантов блока, если вы задаете параметр Storage condition равным Fixed open-circuit voltage, необходимо задать дополнительный параметр Open-circuit voltage measurement temperature, чтобы преобразовать напряжение разомкнутой схемы хранения в независимое от температуры состояние заряда во время хранения:

$S O C = \frac{O C V (1 - β (T_{O C V_{m e a s u r e m e n t}}))}{1 - β (T_{O C V_{m e a s u r e m e n t}}) O C V} .$

Напряжение разомкнутой цепи в соответствии с температурой хранения затем определяется этим уравнением:

$O C V_{T_{s t o r a g e}} = \frac{S O C}{1 - β (T_{s t o r a g e}) (1 - β (T_{s t o r a g e}) S O C)} .$

Наконец, это уравнение определяет терминальное увеличение сопротивления батареи из-за календарного старения в соответствии с температурой хранения:

$R = R_{0} (1 + \sum_{i = 1}^{i = n} α_{r} (T_{s t o r a g e_{i}}, O C V_{T_{s t o r a g e_{i}}}) (t_{i}^{a} - t_{i - 1}^{a})) .$

Графическое изображение характеристик напряжения-заряда

Функция быстрого построения графика позволяет вам визуализировать характеристику напряжения-заряда для значений параметров модели батареи. Чтобы построить график характеристик, щелкните правой кнопкой мыши блок Battery в модели и в контекстном меню выберите Electrical > Basic characteristic. Программа автоматически вычисляет набор условий смещения на основе значений параметров блоков и открывает окно рисунка, содержащий график напряжения без нагрузки от состояния заряда (SOC) для блока. Для получения дополнительной информации смотрите Графические основные характеристики для блоков батарей.

Переменные

Используйте Variables раздел блочного интерфейса, чтобы задать приоритет и начальные целевые значения для основных переменных до симуляции. Для получения дополнительной информации смотрите Задать приоритет и Начальный целевой объект для основных переменных.

В отличие от параметров блоков, переменные не имеют условной видимости. В Variables разделе перечислены все существующие основные переменные. Если переменная не используется в наборе уравнений, соответствующих выбранному строению блока, значения, заданные для этой переменной, игнорируются.

Когда вы моделируете затухание батареи, переменная Discharge cycles позволяет вам задать количество циклов зарядки-разрядки, завершенных до начала симуляции. Если вы отключаете моделирование затухания батареи, эта переменная не используется блоком.

Допущения и ограничения

Сопротивление саморазряда принято не сильно зависящим от количества циклов разряда.
Для теплового варианта батареи вы предоставляете данные о затухании только для работы с ссылкой температурой. Блок применяет те же производные _λAH, _λR0 и _λV1 умножители к значениям параметров, соответствующим второй температуре.
При использовании вариантов тепловых блоков используйте осторожность при работе при температурах за пределами области значений, ограниченного Measurement temperature и Second measurement temperature значениями. Блок использует линейную интерполяцию для производных коэффициентов уравнения, и результаты симуляции могут стать нефизическим вне заданной области. Блок проверяет, чтобы сопротивление внутреннего ряда, сопротивление саморазряда и номинальное напряжение всегда оставались положительными. Если есть нарушение, блок выдает сообщения об ошибке.

Порты

Выход

расширить все

`q` - Уровень заряда батареи, C
физический сигнал

Порт физического сигнала, который выводит внутренний заряд, в единицах кулона (C). Используйте этот выходной порт, чтобы изменить поведение нагрузки как функцию заряда, без сложности создания оценки состояния заряда.

Зависимости

Включен для инструментальных вариантов блока: Instrumented | No thermal port и Instrumented | Show thermal port.

Сохранение

расширить все

`+` - Положительный терминал
электрический

Электрический порт сопоставлен с положительным контактом батареи.

`-` - Отрицательный терминал
электрический

Электрический порт сопоставлен с отрицательным контактом батареи.

`H` - Тепловая масса батареи
тепловой

Тепловой порт, который представляет тепловую массу батареи. Когда вы выставляете этот порт, предоставьте дополнительные параметры, чтобы задать поведение батареи при второй температуре. Для получения дополнительной информации см. «Моделирование термальных эффектов».

Зависимости

Включен для тепловых вариантов блока: Uninstrumented | Show thermal port и Instrumented | Show thermal port.

Параметры

расширить все

Главный

`Nominal voltage, Vnom` - Выходное напряжение, когда батарея полностью заряжена
`12` `V` (по умолчанию) | положительное число

Напряжение без нагрузки на батарею, когда она полностью заряжена.

`Current directionality` - Включить направление тока
`Disabled` (по умолчанию) | `Enabled`

Включить ли текущую направленность. Если вы задаете этот параметр Enabledоконечное сопротивление зависит от направления тока.

`Internal resistance` - Внутреннее сопротивление батареи
`2` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

Сопротивление внутреннего соединения батареи.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Current directionality равным Disabled.

`Internal resistance during charging` - Внутреннее сопротивление батареи во время заряда
`2` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

Внутреннее сопротивление соединения батареи во время фазы заряда.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Current directionality равным Enabled.

`Internal resistance during discharging` - Внутреннее сопротивление батареи во время разряда
`2` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

Внутреннее сопротивление соединения батареи во время фазы разряда.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Current directionality равным Enabled.

`Battery charge capacity` - Выберите модель батареи
`Infinite` (по умолчанию) | `Finite`

Выберите одну из опций для моделирования емкости заряда аккумулятора:

Infinite - Напряжение батареи не зависит от заряда, полученного от батареи.
Finite - Напряжение батареи уменьшается при уменьшении заряда.

`Ampere-hour rating` - Номинальная емкость батареи при полной зарядке
`50` `hr*A` (по умолчанию) | положительное число

Максимальный (номинальный) заряд батареи в ампер-часах. Чтобы задать целевое значение начального заряда батареи в начале симуляции, используйте высокоприоритетную переменную Charge. Для получения дополнительной информации см. раздел Переменные.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Battery charge capacity задано значение Finite.

`Voltage V1 when charge is AH1` - Выходное напряжение на уровне заряда AH1
`11.5` `V` (по умолчанию) | положительное число

Основное выходное напряжение батареи, когда уровень заряда AH1, как задается параметром Charge AH1 when no-load voltage is V1. Этот параметр должен быть меньше Nominal voltage, Vnom.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Battery charge capacity задано значение Finite.

`Charge AH1 when no-load voltage is V1` - Уровень заряда, когда выходное напряжение без нагрузки V1
`25` `hr*A` (по умолчанию) | положительное число

Уровень заряда батареи, соответствующий выходному напряжению без нагрузки, заданному параметром Voltage V1 when charge is AH1.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Battery charge capacity задано значение Finite.

`Self-discharge` - Выберите, следует ли моделировать сопротивление саморазряда батареи
`Disabled` (по умолчанию) | `Enabled`

Выберите, следует ли моделировать сопротивление саморазряда батареи. Блок моделирует этот эффект как резистор через выводы основной модели батареи.

Когда температура увеличивается, сопротивление саморазряду уменьшается, вызывая увеличение саморазряда. Если уменьшение сопротивления слишком быстро, может произойти тепловой пробой батареи и численная нестабильность. Это можно решить, выполнив одно из следующих действий:

Уменьшите тепловое сопротивление
Уменьшите градиент сопротивления саморазряда относительно температуры
Увеличьте сопротивление саморазряда

Зависимости

Активируется, когда для параметра Battery charge capacity задано значение Finite.

`Self-discharge resistance` - Сопротивление, которое представляет собой саморазряд батареи
`2000` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

Сопротивление на основной модели батареи, которое представляет собой саморазряд батареи.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Self-discharge задано значение Enabled.

`Open-circuit measurement temperature` - Температура разомкнутого контура, при которой измеряются параметры блоков
`298.15` `K` (по умолчанию) | положительное число

Температура измерения в разомкнутом контуре

Зависимости

Включен для блоков со скрытым тепловым портом.

`Measurement temperature` - Температура, при которой измеряются параметры блоков
`298.15` `K` (по умолчанию) | положительное число

Температура _T1, при которой измеряются параметры блоков в Main секции. Для получения дополнительной информации см. «Моделирование термальных эффектов».

Зависимости

Включен для блоков с пустым тепловым портом.

Динамика

`Charge dynamics` - Модель динамики заряда батареи
`No dynamics` (по умолчанию) | `One time-constant dynamics` | `Two time-constant dynamics` | `Three time-constant dynamics` | `Four time-constant dynamics` | `Five time-constant dynamics`

Выберите, как смоделировать динамику заряда батареи. Этот параметр определяет количество параллельных сечений RC в эквивалентной схеме:

No dynamics - Эквивалентная схема не содержит параллельных сечений RC. Нет задержки между напряжением контакта и внутренним зарядным напряжением батареи.
One time-constant dynamics - Эквивалентная схема содержит одну параллельную секцию RC. Задайте постоянную времени, используя параметр First time constant.
Two time-constant dynamics - Эквивалентная схема содержит две параллельные секции RC. Задайте временные константы, используя параметры First time constant и Second time constant.
Three time-constant dynamics - Эквивалентная схема содержит три параллельные секции RC. Задайте временные константы, используя параметры First time constant, Second time constant и Third time constant.
Four time-constant dynamics - Эквивалентная схема содержит четыре параллельные секции RC. Задайте временные константы, используя параметры First time constant, Second time constant, Third time constant и Fourth time constant.
Five time-constant dynamics - Эквивалентная схема содержит пять параллельных секций RC. Задайте временные константы, используя параметры First time constant, Second time constant, Third time constant, Fourth time constant и Fifth time constant.

`First polarization resistance` - Первое сопротивление RC
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

Сопротивление первой параллельной секции RC. Этот параметр в основном влияет на омические потери секции RC.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Charge dynamics равным One time-constant dynamics, Two time-constant dynamics, Three time-constant dynamics, Four time-constant dynamics, или Five time-constant dynamics.

`First time constant` - Первая временная константа RC
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

Временная константа первой параллельной секции RC. Это значение равно RC и влияет на динамику секции RC.

Зависимости

`Second polarization resistance` - Второе сопротивление RC
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

Сопротивление второй параллельной секции RC. Этот параметр в основном влияет на омические потери секции RC.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Charge dynamics равным Two time-constant dynamics, Three time-constant dynamics, Four time-constant dynamics, или Five time-constant dynamics.

`Second time constant` - Вторая постоянная RC-времени
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

Временная константа второй параллельной секции RC. Это значение равно RC и влияет на динамику секции RC.

Зависимости

`Third polarization resistance` - Третье сопротивление RC
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

Сопротивление третьей параллельной секции RC. Этот параметр в основном влияет на омические потери секции RC.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Charge dynamics равным Three time-constant dynamics, Four time-constant dynamics, или Five time-constant dynamics.

`Third time constant` - Третья временная константа RC
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

Временная константа третьей параллельной секции RC. Это значение равно RC и влияет на динамику секции RC.

Зависимости

`Fourth polarization resistance` - Четвертое сопротивление RC
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

Сопротивление четвертой параллельной секции RC. Этот параметр в основном влияет на омические потери секции RC.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Charge dynamics равным Four time-constant dynamics или Five time-constant dynamics.

`Fourth time constant` - Четвертая постоянная RC-времени
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

Временная константа четвертой параллельной секции RC. Это значение равно RC и влияет на динамику секции RC.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Charge dynamics равным Four time-constant dynamics или Five time-constant dynamics.

`Fifth polarization resistance` - Пятое сопротивление RC
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

Сопротивление пятой параллельной секции RC. Этот параметр в основном влияет на омические потери секции RC.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Charge dynamics равным Five time-constant dynamics.

`Fifth time constant` - Пятая постоянная RC-времени
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

Временная константа пятой параллельной секции RC. Это значение равно RC и влияет на динамику секции RC.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Charge dynamics равным Five time-constant dynamics.

Исчезнуть

`Battery fade` - Выберите, моделировать ли ухудшение эффективности батареи при старении
`Disabled` (по умолчанию) | `Enabled`

Выберите, включать ли моделирование затухания батареи:

Disabled - эффективность батареи не зависит от возраста.
Enabled - эффективность батареи изменяется в зависимости от количества завершенных циклов зарядки-разрядки. Выбор этой опции открывает дополнительные параметры в этом разделе, которые определяют эффективность батареи после определенного количества циклов разряда. Блок использует эти значения параметров, чтобы вычислить коэффициенты масштабирования _k1, _k2 и _k3. Для получения дополнительной информации см. «Моделирование затухания батареи».

Зависимости

Активируется, когда для параметра Battery charge capacity в разделе Main задано значение Finite. Если Battery charge capacity Infiniteраздел Fade пуст.

`Number of discharge cycles, N` - Количество циклов, которое задает второй набор точек данных
`100` (по умолчанию) | положительное число

Количество циклов заряда-разряда, после которого измеряются другие параметры в этом разделе. Этот второй набор точек данных определяет коэффициенты масштабирования, _k1, _k2 и _k3, используемые в моделировании затухания батареи.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Battery fade задано значение Enabled.

`Ampere-hour rating after N discharge cycles` - Максимальная емкость батареи после N циклов разряда
`45` `hr*A` (по умолчанию) | положительное число

Максимальный заряд батареи, в ампер-часах, после количества циклов разряда, заданных параметром Number of discharge cycles, N.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Battery fade задано значение Enabled.

`Internal resistance after N discharge cycles` - Внутреннее сопротивление батареи после N циклов разряда
`2.02` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

Внутреннее сопротивление батареи после количества циклов разряда, заданных параметром Number of discharge cycles, N.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Battery fade задано значение Enabled и Current Directionality установлено на Disabled.

`Average internal resistance after N discharge cycles` - Среднее внутреннее сопротивление батареи после N циклов разряда
`2.02` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

Среднее значение внутреннего сопротивления заряда и разрядки батареи после количества циклов разрядки, заданных параметром Number of discharge cycles, N.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте Battery fade и Current directionality Enabled.

`Voltage V1 at charge AH1 after N discharge cycles` - Выходное напряжение на уровне заряда AH1 после N циклов разряда
`10.35` `V` (по умолчанию) | положительное число

Фундаментальная батарея моделирует выходное напряжение, на уровне AH1 заряда, после количества циклов разряда, заданного параметром Number of discharge cycles, N.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Battery fade задано значение Enabled.

Календарное старение

Чтобы открыть эти параметры, на вкладке Main установите Battery charge capacity равным Finite.

`Calendar aging` - Опция календарного старения
`Disabled` (по умолчанию) | `Enabled`

Включить ли календарное старение батареи.

`Storage condition` - Условия хранения
`Fixed open-circuit voltage` (по умолчанию) | `Fixed state of charge`

Задавать ли разомкнутое напряжение или состояние заряда во время хранения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Calendar aging равным Enabled.

`Normalized open-circuit voltage during storage, V/Vnom` - Нормированное напряжение разомкнутой цепи во время хранения
`0.9` (по умолчанию) | скаляром

Нормализованное напряжение разомкнутой цепи во время хранения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Calendar aging равным Enabled и Storage condition к Fixed open-circuit voltage.

`Open-circuit measurement temperature` - Температура в разомкнутом контуре
`298.15` `K` (по умолчанию) | положительное число

Температура измерения в разомкнутом контуре.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, откройте тепловой порт блока и установите Calendar aging на Enabled и Storage condition к Fixed open-circuit voltage.

`State of charge during storage (%)` - Процентное состояние заряда во время хранения
`60` (по умолчанию) | положительное число

Состояние заряда во время хранения, в процентах.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Calendar aging равным Enabled и Storage condition к Fixed state of charge.

`Vector of time intervals` - Временные интервалы
`[0]` `d` (по умолчанию) | скаляром

Временные интервалы. Этот параметр должен быть равен в размере Vector of temperatures.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Calendar aging равным Enabled.

`Vector of temperatures` - Температура хранения
`[273]` `K` (по умолчанию) | скаляром

Набор температур хранения. Этот параметр должен быть равен в размере Vector of time intervals.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Calendar aging равным Enabled.

`Linear scaling for voltage, b` - Линейное масштабирование напряжения
`2.2134e6` (по умолчанию) | скаляром

Линейный коэффициент масштабирования для разомкнутого напряжения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Calendar aging равным Enabled.

`Constant offset for voltage, c` - Смещение постоянной напряжения
`1.632e6` (по умолчанию) | скаляром

Постоянное смещение напряжения разомкнутой цепи.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Calendar aging равным Enabled.

`Temperature-dependent exponential increase, d` - Зависящее от температуры экспоненциальное увеличение
`0.515833569` `V` (по умолчанию) | скаляром

Температурно-зависимое экспоненциальное увеличение.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Calendar aging равным Enabled.

`Time exponent, a` - Временная экспонента
`0.75` (по умолчанию) | скаляром

Экспонента времени.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Calendar aging равным Enabled.

Температурная зависимость

Этот раздел появляется только для блоков с пустым тепловым портом. Для получения дополнительной информации см. «Моделирование термальных эффектов».

`Nominal voltage at second measurement temperature` - Выходное напряжение, когда батарея полностью заряжена
`12` `V` (по умолчанию) | положительное число

Напряжение без нагрузки на батарею при второй температуре измерения, когда она полностью заряжена.

`Internal resistance at second measurement temperature` - Внутреннее сопротивление батареи
`2.2` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

Внутреннее сопротивление соединения батареи при второй температуре измерения.

`Voltage V1 at second measurement temperature` - Выходное напряжение на уровне заряда AH1
`11.4` `V` (по умолчанию) | положительное число

Фундаментальная батарея моделирует выходное напряжение при второй температуре измерения и при AH1 уровня заряда, как задано параметром Charge AH1 when no-load voltage is V1.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Battery charge capacity в разделе Main задано значение Finite.

`Self-discharge resistance at second measurement temperature` - Сопротивление, которое представляет собой саморазряд батареи
`2200` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

Сопротивление на основной модели батареи при второй температуре измерения. Это сопротивление представляет собой саморазряд.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Self-discharge resistance в разделе Main задано значение Enabled.

`First polarization resistance at second measurement temperature` - Первое сопротивление RC при второй температуре измерения
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

Сопротивление первой параллельной секции RC при второй температуре измерения.

Зависимости

`First time constant at second measurement temperature` - Первая постоянная времени RC при второй температуре измерения
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

Временная константа первой параллельной секции RC при второй температуре измерения.

Зависимости

`Second polarization resistance at second measurement temperature` - Второе сопротивление RC при второй температуре измерения
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

Сопротивление второй параллельной секции RC при второй температуре измерения.

Зависимости

`Second time constant at second measurement temperature` - Вторая постоянная времени RC при второй температуре измерения
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

Временная константа второй параллельной секции RC при второй температуре измерения.

Зависимости

`Third polarization resistance at second measurement temperature` - Третье сопротивление RC при второй температуре измерения
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

Сопротивление третьей параллельной секции RC при второй температуре измерения.

Зависимости

`Third time constant at second measurement temperature` - Третья постоянная времени RC при второй температуре измерения
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

Временная константа третьей параллельной секции RC при второй температуре измерения.

Зависимости

`Fourth polarization resistance at second measurement temperature` - Четвертое сопротивление RC при второй температуре измерения
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

Сопротивление четвертой параллельной секции RC при второй температуре измерения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Charge dynamics равным Four time-constant dynamics или Five time-constant dynamics.

`Fourth time constant at second measurement temperature` - Четвертая постоянная времени RC при второй температуре измерения
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

Временная константа четвертой параллельной секции RC при второй температуре измерения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Charge dynamics равным Four time-constant dynamics или Five time-constant dynamics.

`Fifth polarization resistance at second measurement temperature` - Пятое сопротивление RC при второй температуре измерения
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

Сопротивление пятой параллельной секции RC при второй температуре измерения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Charge dynamics равным Five time-constant dynamics.

`Fifth time constant at second measurement temperature` - Пятая постоянная времени RC при второй температуре измерения
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

Временная константа пятой параллельной секции RC при второй температуре измерения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Charge dynamics равным Five time-constant dynamics.

`Second measurement temperature` - Температура, при которой измеряются блочные параметры в этом разделе
`273.15` `K` (по умолчанию) | положительное число

Температура T 2, при которой измеряются параметры блоков в Temperature Dependence секции. Для получения дополнительной информации см. «Моделирование термальных эффектов».

Чтобы задать начальную температуру в начале симуляции, используйте высокоприоритетную переменную Temperature. Для получения дополнительной информации см. раздел Переменные.

Тепловой порт

`Thermal mass` - Тепловая масса, сопоставленная с тепловым портом
`30000` `J/K` (по умолчанию) | положительное число

Тепловая масса, сопоставленная с тепловым портом H. Она представляет собой энергию, необходимую для повышения температуры теплового порта на одну степень.

Примеры моделей

Заряд/разрядка батареи ВН

Высоковольтная батарея, подобная используемой в гибридных электрических транспортных средствах. Модель использует реалистичный профиль тока DC-звена, который берёт начало из динамического цикла вождения. Общее время симуляции - 3600 секунд.

Свинцово-кислотная батарея

Моделируйте свинцово-кислотный элемент батареи с помощью языка Simscape™ для реализации нелинейных уравнений эквивалентных компонентов схемы. Таким образом, в отличие от моделирования полностью в Simulink ®, связь между компонентами модели и определяющими физическими уравнениями легче понять. Для определения уравнений и их валидации смотрите Jackey, R. «Простой, эффективный процесс моделирования свинцово-кислотных батарей для выбора компонентов электрических систем», SAE World Congress & Exhibition, April 2007, ref. 2007-01-0778.

Ссылки

[1] Рамадасс, П., Б. Харан, Р. Е. Уайт, и Б. Н. Попов. Математическое моделирование емкости затухания Li-ионных камер. Журнал источников степени. 123 (2003), стр 230–240.

[2] Нин, Г., Б. Харан, и Б. Н. Попов. «Емкость затухания исследования литий-ионных батарей велась циклически при высоких скоростях разрядки». Журнал источников степени. 117 (2003), стр 160–169.

Документация

Battery

Описание

Модель батареи

Моделирование затухания батареи

Моделирование термальных эффектов

Моделирование динамики заряда

Моделирование старения батареи

Графическое изображение характеристик напряжения-заряда

Переменные

Допущения и ограничения

Порты

Выход

q - Уровень заряда батареи, C физический сигнал

Зависимости

Сохранение

+ - Положительный терминал электрический

- - Отрицательный терминал электрический

H - Тепловая масса батареи тепловой

Зависимости

Параметры

Главный

Nominal voltage, Vnom - Выходное напряжение, когда батарея полностью заряжена 12 V (по умолчанию) | положительное число

Current directionality - Включить направление тока Disabled (по умолчанию) | Enabled

Internal resistance - Внутреннее сопротивление батареи 2 Ohm (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Internal resistance during charging - Внутреннее сопротивление батареи во время заряда 2 Ohm (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Internal resistance during discharging - Внутреннее сопротивление батареи во время разряда 2 Ohm (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Battery charge capacity - Выберите модель батареи Infinite (по умолчанию) | Finite

Ampere-hour rating - Номинальная емкость батареи при полной зарядке 50 hr*A (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Voltage V1 when charge is AH1 - Выходное напряжение на уровне заряда AH1 11.5 V (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Charge AH1 when no-load voltage is V1 - Уровень заряда, когда выходное напряжение без нагрузки V1 25 hr*A (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Self-discharge - Выберите, следует ли моделировать сопротивление саморазряда батареи Disabled (по умолчанию) | Enabled

Зависимости

Self-discharge resistance - Сопротивление, которое представляет собой саморазряд батареи 2000 Ohm (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Open-circuit measurement temperature - Температура разомкнутого контура, при которой измеряются параметры блоков 298.15 K (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Measurement temperature - Температура, при которой измеряются параметры блоков 298.15 K (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Динамика

Charge dynamics - Модель динамики заряда батареи No dynamics (по умолчанию) | One time-constant dynamics | Two time-constant dynamics | Three time-constant dynamics | Four time-constant dynamics | Five time-constant dynamics

First polarization resistance - Первое сопротивление RC 0.005 Ohm (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

First time constant - Первая временная константа RC 30 s (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Second polarization resistance - Второе сопротивление RC 0.005 Ohm (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Second time constant - Вторая постоянная RC-времени 30 s (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Third polarization resistance - Третье сопротивление RC 0.005 Ohm (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Third time constant - Третья временная константа RC 30 s (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Fourth polarization resistance - Четвертое сопротивление RC 0.005 Ohm (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Fourth time constant - Четвертая постоянная RC-времени 30 s (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Fifth polarization resistance - Пятое сопротивление RC 0.005 Ohm (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Fifth time constant - Пятая постоянная RC-времени 30 s (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Исчезнуть

Battery fade - Выберите, моделировать ли ухудшение эффективности батареи при старении Disabled (по умолчанию) | Enabled

Зависимости

Number of discharge cycles, N - Количество циклов, которое задает второй набор точек данных 100 (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Ampere-hour rating after N discharge cycles - Максимальная емкость батареи после N циклов разряда 45 hr*A (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Internal resistance after N discharge cycles - Внутреннее сопротивление батареи после N циклов разряда 2.02 Ohm (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Average internal resistance after N discharge cycles - Среднее внутреннее сопротивление батареи после N циклов разряда 2.02 Ohm (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

Voltage V1 at charge AH1 after N discharge cycles - Выходное напряжение на уровне заряда AH1 после N циклов разряда 10.35 V (по умолчанию) | положительное число

Зависимости

`q` - Уровень заряда батареи, C
физический сигнал

`+` - Положительный терминал
электрический

`-` - Отрицательный терминал
электрический

`H` - Тепловая масса батареи
тепловой

`Nominal voltage, Vnom` - Выходное напряжение, когда батарея полностью заряжена
`12` `V` (по умолчанию) | положительное число

`Current directionality` - Включить направление тока
`Disabled` (по умолчанию) | `Enabled`

`Internal resistance` - Внутреннее сопротивление батареи
`2` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

`Internal resistance during charging` - Внутреннее сопротивление батареи во время заряда
`2` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

`Internal resistance during discharging` - Внутреннее сопротивление батареи во время разряда
`2` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

`Battery charge capacity` - Выберите модель батареи
`Infinite` (по умолчанию) | `Finite`

`Ampere-hour rating` - Номинальная емкость батареи при полной зарядке
`50` `hr*A` (по умолчанию) | положительное число

`Voltage V1 when charge is AH1` - Выходное напряжение на уровне заряда AH1
`11.5` `V` (по умолчанию) | положительное число

`Charge AH1 when no-load voltage is V1` - Уровень заряда, когда выходное напряжение без нагрузки V1
`25` `hr*A` (по умолчанию) | положительное число

`Self-discharge` - Выберите, следует ли моделировать сопротивление саморазряда батареи
`Disabled` (по умолчанию) | `Enabled`

`Self-discharge resistance` - Сопротивление, которое представляет собой саморазряд батареи
`2000` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

`Open-circuit measurement temperature` - Температура разомкнутого контура, при которой измеряются параметры блоков
`298.15` `K` (по умолчанию) | положительное число

`Measurement temperature` - Температура, при которой измеряются параметры блоков
`298.15` `K` (по умолчанию) | положительное число

`Charge dynamics` - Модель динамики заряда батареи
`No dynamics` (по умолчанию) | `One time-constant dynamics` | `Two time-constant dynamics` | `Three time-constant dynamics` | `Four time-constant dynamics` | `Five time-constant dynamics`

`First polarization resistance` - Первое сопротивление RC
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

`First time constant` - Первая временная константа RC
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

`Second polarization resistance` - Второе сопротивление RC
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

`Second time constant` - Вторая постоянная RC-времени
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

`Third polarization resistance` - Третье сопротивление RC
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

`Third time constant` - Третья временная константа RC
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

`Fourth polarization resistance` - Четвертое сопротивление RC
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

`Fourth time constant` - Четвертая постоянная RC-времени
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

`Fifth polarization resistance` - Пятое сопротивление RC
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

`Fifth time constant` - Пятая постоянная RC-времени
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

`Battery fade` - Выберите, моделировать ли ухудшение эффективности батареи при старении
`Disabled` (по умолчанию) | `Enabled`

`Number of discharge cycles, N` - Количество циклов, которое задает второй набор точек данных
`100` (по умолчанию) | положительное число

`Ampere-hour rating after N discharge cycles` - Максимальная емкость батареи после N циклов разряда
`45` `hr*A` (по умолчанию) | положительное число

`Internal resistance after N discharge cycles` - Внутреннее сопротивление батареи после N циклов разряда
`2.02` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

`Average internal resistance after N discharge cycles` - Среднее внутреннее сопротивление батареи после N циклов разряда
`2.02` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

`Voltage V1 at charge AH1 after N discharge cycles` - Выходное напряжение на уровне заряда AH1 после N циклов разряда
`10.35` `V` (по умолчанию) | положительное число

`Calendar aging` - Опция календарного старения
`Disabled` (по умолчанию) | `Enabled`

`Storage condition` - Условия хранения
`Fixed open-circuit voltage` (по умолчанию) | `Fixed state of charge`

`Normalized open-circuit voltage during storage, V/Vnom` - Нормированное напряжение разомкнутой цепи во время хранения
`0.9` (по умолчанию) | скаляром

`Open-circuit measurement temperature` - Температура в разомкнутом контуре
`298.15` `K` (по умолчанию) | положительное число

`State of charge during storage (%)` - Процентное состояние заряда во время хранения
`60` (по умолчанию) | положительное число

`Vector of time intervals` - Временные интервалы
`[0]` `d` (по умолчанию) | скаляром

`Vector of temperatures` - Температура хранения
`[273]` `K` (по умолчанию) | скаляром

`Linear scaling for voltage, b` - Линейное масштабирование напряжения
`2.2134e6` (по умолчанию) | скаляром

`Constant offset for voltage, c` - Смещение постоянной напряжения
`1.632e6` (по умолчанию) | скаляром

`Temperature-dependent exponential increase, d` - Зависящее от температуры экспоненциальное увеличение
`0.515833569` `V` (по умолчанию) | скаляром

`Time exponent, a` - Временная экспонента
`0.75` (по умолчанию) | скаляром

`Nominal voltage at second measurement temperature` - Выходное напряжение, когда батарея полностью заряжена
`12` `V` (по умолчанию) | положительное число

`Internal resistance at second measurement temperature` - Внутреннее сопротивление батареи
`2.2` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

`Voltage V1 at second measurement temperature` - Выходное напряжение на уровне заряда AH1
`11.4` `V` (по умолчанию) | положительное число

`Self-discharge resistance at second measurement temperature` - Сопротивление, которое представляет собой саморазряд батареи
`2200` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

`First polarization resistance at second measurement temperature` - Первое сопротивление RC при второй температуре измерения
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

`First time constant at second measurement temperature` - Первая постоянная времени RC при второй температуре измерения
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

`Second polarization resistance at second measurement temperature` - Второе сопротивление RC при второй температуре измерения
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

`Second time constant at second measurement temperature` - Вторая постоянная времени RC при второй температуре измерения
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

`Third polarization resistance at second measurement temperature` - Третье сопротивление RC при второй температуре измерения
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

`Third time constant at second measurement temperature` - Третья постоянная времени RC при второй температуре измерения
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

`Fourth polarization resistance at second measurement temperature` - Четвертое сопротивление RC при второй температуре измерения
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

`Fourth time constant at second measurement temperature` - Четвертая постоянная времени RC при второй температуре измерения
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

`Fifth polarization resistance at second measurement temperature` - Пятое сопротивление RC при второй температуре измерения
`0.005` `Ohm` (по умолчанию) | положительное число

`Fifth time constant at second measurement temperature` - Пятая постоянная времени RC при второй температуре измерения
`30` `s` (по умолчанию) | положительное число

`Second measurement temperature` - Температура, при которой измеряются блочные параметры в этом разделе
`273.15` `K` (по умолчанию) | положительное число

`Thermal mass` - Тепловая масса, сопоставленная с тепловым портом
`30000` `J/K` (по умолчанию) | положительное число

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