Балансировка камер литиевого пакета

Этот пример показов, как реализовать пассивную камеру, балансировку для литий-ионного блока батарей. Различия между ячейками в модуле создают дисбаланс в состоянии заряда камеры и, следовательно, напряжениях. В этом примере алгоритм балансировки начинается, когда блок батарей находится в простое, и различие в состоянии заряда камеры выше определенного предопределенного значения.

Обзор модели

Обзор параметров и входов

Чтобы использовать эту модель для создания уникального модуля батареи, сначала укажите количество последовательно и параллельно соединенных камер. Затем укажите тип камеры для всех отдельных камер, выбрав один из следующих опций для параметра Choose cell type блока Battery Module:

  • Pouch

  • Can

  • Compact cylindrical

  • Regular cylindrical

Модуль аккумулятора в этом примере содержит десять последовательно соединенных мешочков камер.

Два выходных порта, SOC и Temp, обеспечивают информацию о состоянии заряда и температуре каждой камеры в модуле. Тепловой порт Amb используется, чтобы задать температуру окружающей среды в симуляции. Электрические порты pos и neg определяют электрические положительные и отрицательные выводы, соответственно. Два входных порта, FlwR и FlwT, определяют регулирование скорости потока жидкости охлаждающей жидкости и температуру на входе в модуль. Третий входной порт, SW, определяет состояние переключения, включено или отключено, для пассивной камеры, балансирующей через резистор.

Рисунок ниже показывает примеры элементов батареи в Pouch и Can строения.

Рисунок ниже показывает примеры элементов батареи в Compact cylindrical и Regular cylindrical строения.

Вот параметры в модуле аккумулятора:

  • Вектор температур, T - Температуры, при которых данные камеры или модуля для изменяющихся по температуре свойств сведены в таблицу, заданную в виде вектора.

  • Рейтинг Ahr одной камеры, базовый уровень - Емкость камеры при температурах, заданных в Векторе температур, параметр T, заданный как вектор.

  • Вектор значений состояния заряда, SOC - Область значений значений от 0 до 1, при котором заданы электрические параметры камеры, заданный как вектор.

  • Вектор расхода хладагента, L - Значения хладагента массового расхода жидкости при которых задана интерполяционная таблица для камеры охлаждения. Этот параметр должен охватывать несколько точек в интересующей области значений потока. Этот параметр определяет размер параметра Эффективной скорости теплопередачи хладагента и задается как вектор.

  • Нет напряжения нагрузки, V0 - Камера значений потенциала разомкнутой цепи в различных Векторах значений состояния заряда, SOC и Вектор температур, Т точек, заданных в виде матрицы.

  • Терминальное сопротивление, R0 - значения омического сопротивления камеры в различных Векторах значений состояния заряда, SOC и Вектор температур, Т точек, заданных в виде матрицы.

  • Саморазряд - опция саморазряда камеры; Disabled выбран для этого примера.

  • Сопротивление поляризации - Значения сопротивления поляризации в различных Векторах значений состояния заряда, SOC и Вектор температур, Т точек, заданные в виде матрицы.

  • Постоянная по времени - Постоянная по времени в разных Векторах значений состояния заряда, SOC и Вектор температур, Т точек, заданных как матрица.

  • Тепловая масса камеры - тепловая масса одной камеры, заданная в виде скаляра.

  • Камера теплопроводность - Камера проводимость через плоскость для пакета и может камеры, или радиальная проводимость для цилиндрических камер, заданная как скаляр.

  • Коэффициент теплопередачи к окружающему - значение коэффициента теплопередачи, заданное как скаляр.

  • Количество последовательных связанных камер Ns - Количество последовательных строк, заданное в виде целого числа.

  • Количество параллельных связанных камер Np - Количество параллельных ячеек в строке, заданное в виде целого числа.

  • Выберите тип камеры - тип камеры, заданный как Pouch, Can, Compact cylindrical, или Regular cylindrical.

  • Высота камеры - высота камеры, заданная как скаляр.

  • Ширина камеры - ширина камеры для Pouch и Can камеры, заданные как скаляр.

  • Толщина камеры - толщина камеры для Pouch или Can камеры, заданные как скаляр.

  • Диаметр камеры - диаметр камеры для Compact cylindrical или Regular cylindrical, заданный как скаляр.

  • Количество цилиндрических камер в прямой линии - Количество цилиндрических камер, расположенных по прямой для упаковки, заданное в виде целого числа.

  • Дополнительное полное сопротивление - Сопротивление, которое объединяет все встроенные сопротивления в модуле, заданные как скаляр. Это сопротивление является суммой сопротивления вкладки камеры, шины, кабеля и/или сварного шва, заданной в виде скаляра.

  • Балансировка камер - метод балансировки камер, заданный как none или passive. В этом примере этот параметр устанавливается на passive. При выборе passive балансировка камер, четыре параметра становятся видимыми. Эти параметры: Шунтирующий резистор, Переключатель закрытого сопротивления, Переключатель разомкнутой проводимости и Порог операции переключателя. Пассивная балансировка камер схематично показана на рисунке ниже:

  • Эффективная скорость теплопередачи теплоносителя от каждой камеры - Оценка теплового сопротивления (Вт/К) теплопередачи от элементов батареи к теплоносителю, заданная в виде 3-D матрицы скалярных значений. Размер матрицы 3-D зависит от Вектора температур, T, Вектора расхода хладагента, параметров L и NsxNp. Параметр NsxNp является общим количеством камер в модуле. Охлаждение батареи представлено в виде интерполяционной таблицы или 3-D матрицы размера [T, L, Ns * Np], и значения вычисляются с помощью подробных методов 3-D, таких как вычислительная динамика жидкости. Значения матрицы зависят от фактического аппаратного проекта системы охлаждения или холодных пластин в модуле. Эта матрица равна нулю в текущем примере, в файле ee_lithium_pack_cellBalancing_ini.m.

  • Внешнее тепло - Вход внешнего тепла в каждую камеру в модуле из-за горячего компонента, расположенного около модуля, заданный как вектор. В текущем примере он равен нулю.

  • Вектор начальной температуры камеры - начальная температура камеры, заданная в виде вектора.

  • Вектор начальной камеры состояния заряда - Камера начальное состояние заряда, заданное как вектор. Первая камера является несбалансированной и имеет самое низкое состояние заряда по сравнению с другими камерами, как указано в файле ee_lithium_pack_cellBalancing_ini.m.

  • Камеры оценки Ahr - изменения пропускной способности ячейки в камере при всех векторах температур, T точек для каждой камеры, заданные как вектор скалярных значений. Если установить этот массив равным 1, вся емкость камеры одинаковая. Значения массива для камеры умножаются на значение, заданное в параметре Single cell Ahr rating, baseline для вычисления фактической емкости или Ahr rating камеры.

Чтобы определить скорость потока жидкости и температуру теплоносителя батареи, задайте следующие входы:

  • FlwR - Значение от 0 до 1, заданное как скаляр. Входное значение FlwR используется для динамического выбора правильного значения скорости потока жидкости во время симуляций. Значение входа FlwR определяет фактическую скорость потока жидкости в модуле. В Вектор расхода теплоносителя L параметр FlwR, равный 0, означает отсутствие потока, в то время как FlwR, равный 1, означает наивысшую скорость потока жидкости значение. FlwR устанавливается на низкое значение 0,001 в этом примере.

  • FlwT - положительное или отрицательное значение, которое при суммировании с температурой окружающей среды равняется температуре на входе хладагента. Значение + 15 для входа FlwT и 273,15 K в порту Amb делает температуру входного отверстия теплоносителя равной 273,15 + 15 = 288.15K. Значение -15 для входа FlwT и 273,15 K для Amb делает температуру входного отверстия теплоносителя равной 273,15 - 15 = 258,15 K. В этом примере значение FlwT устанавливается равным 0.

В этом примере блок батарей начинается с температуры окружающей среды 25 степеней Цельсия. Блок батарей простаивает, и через него не течёт ток. Алгоритм балансировки камеры активируется, когда минимальное различие в камеру состоянии заряда больше 0,05%, и блок батарей бездействует. Алгоритм заряжает закрывающие переключатели для всех камер, кроме той, которая имеет самое низкое состояние заряда. Малые токи, протекающие через балансирующий резистор, и все состояния заряда камер достигают почти одинаковых значений примерно в 2400-х годах.

Результаты симуляции из Simscape Logging

Рисунок ниже показывает ток батареи, состояние заряда, максимальную разность в состоянии заряда ячейки и операцию переключения, основанную на логике, заданной в подсистеме алгоритма балансировки. Все камеры, кроме первой камеры с самым низким состоянием заряда, закрывают переключатель и теряют энергию через балансирующий резистор. Все камеры модуля достигают почти одинакового состояния заряда значений менее чем за 45 минут.

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте