Охлаждение литиевого пакета
В этом примере показов, как смоделировать автомобильный блок батарей для задач теплового управления. Блок батарей состоит из нескольких модулей аккумуляторов, которые являются комбинациями камер последовательно и параллельно. Каждый элемент батареи моделируется с помощью блока Battery (Table-Based) Simscape Electrical. В этом примере начальная температура и состояние заряда одинаковы для всех камер. Четыре модуля аккумуляторов, три аналогичных и один отличный от трех других, соединены последовательно, чтобы имитировать блок батарей. Результаты в этом примере предполагают начальную температуру окружающей среды, равным 25 степеням Цельсия. Подсистема управления хладагентом определяет логику, используемую для определения скорости потока жидкости хладагента блока батарей.
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:
PouchCanCompact cylindricalRegular cylindrical
Этот пример использует камеры типа пакета. Модуль A, B и C состоят из пяти последовательно соединенных и двух параллельно соединенных камер. Модуль D состоит из шести последовательно соединенных и двух параллельно соединенных 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.
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.
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, илиRegular cylindrical.Высота камеры - высота камеры, заданная как скаляр.
Ширина камеры - ширина камеры для
PouchиCanкамеры, заданные как скаляр.Толщина камеры - толщина камеры для
PouchилиCanкамеры, заданные как скаляр.Диаметр камеры - диаметр камеры для
Compact cylindricalилиRegular 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
noneилиpassive. В этом примере этот параметр устанавливается наnone.
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. Эффективность холодного диска контролируется с помощью входных значений FlwR и FlwT.
Внешнее тепло - Вход внешнего тепла в каждую камеру в модуле из-за горячего компонента, расположенного около модуля, заданный как вектор.
Вектор начальной температуры камеры - начальная температура камеры, заданная в виде вектора.
Вектор начальной камеры состояния заряда - Камера начальное состояние заряда, заданное как вектор.
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.
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 входных параметров FlwT и 273,15 K для Amb делает температуру на входе теплоносителя равной 273,15 - 15 = 258,15 K
В этом примере блок батарей состоит из четырех модулей, соединенных последовательно. Первые три модуля идентичны. Четвертый модуль имеет разное количество камер, Ns4, и эффективность охлаждения, coolantQ4, заданный в ee_lithium_pack_cooling_ini.m файл. Кабели, смоделированные как резисторы, соединяют модули друг с другом. Все модули имеют разную скорость потока жидкости хладагента. Блок Flow Divide в подсистеме Блока батарей определяет скорость потока жидкости, которая достигает каждого модуля батареи.
Обзор подсистемы управления охлаждающей средой
Подсистема управления охлаждающей средой отслеживает минимальные и максимальные температуры в блок батарей. Эта подсистема вычисляет скорость потока жидкости на основе наибольшего значения между различием в максимальной и минимальной температурах камер в пакете и различием в максимальной температуре в пакете и значении в порту Amb. Для различия 10 степеней Цельсия или более, FlwR устанавливается равным 1, в противном случае он линейно масштабируется до нуля, когда нет различия температур между различными камерами, и температура блока батарей очень близка к значению, установленному в порту Amb. В этом примере температура на входе хладагента, заданная в coolantTemp переменная рабочей области в ee_lithium_pack_cooling_ini.m файл, является постоянным.
Результаты симуляции из Simscape Logging
В этом примере описывается профиль привода в 600 секунд. Скорость потока жидкости увеличений вместе с температурой блока батарей, что приводит к лучшему охлаждению блока батарей.
