В этом примере показано, как смоделировать автомобильный блок батарей для DC, быстро заряжающего задачи. Блок батарей состоит из нескольких модулей батареи, которые являются комбинациями ячеек последовательно и параллели. Каждый элемент батареи моделируется с помощью блока Battery (Table-Based) Simscape Electrical. В этом примере начальная температура и состояние заряда являются тем же самым для всех ячеек. Способность ячейки варьируется согласно производственным допускам или uncertainities. Три модуля батареи, два подобных и одно отличие от других двух, соединяются последовательно, чтобы симулировать блок батарей. Результаты в этом примере принимают начальную температуру окружающей среды равная нулю степень Цельсия. Подсистема Средств управления задает логику, чтобы определить заряженное время блока батарей и ток.
Пример демонстрирует блок батарей, соединенный со вспомогательной загрузкой степени из охладителя, вентилятора или других аксессуаров EV. Подсистема Средств управления задает, сколько текущий зарядное устройство может подать в блок батарей на основе измерений состояния заряда ячейки, температур и максимального Ящика ячейки при данной температуре. Блок Controlled_Current_Source в заряженной подсистеме порта DC BEV моделирует зарядное устройство батареи. Логика, заданная в подсистеме Средств управления, определяет значение тока. Резистор моделирует кабель HV, и это используется, чтобы соединить заряжающийся порт с блоком батарей. Блок батарей включает три подключенных последовательно модуля батареи с в общей сложности 130 элементами батареи.
Элемент батареи моделируется с помощью метода эквивалентной схемы. Параметры эквивалентной схемы, используемые для каждой ячейки, могут быть найдены в ссылке [1]. Чтобы охарактеризовать литий-ионную ячейку, этот пример использует модель с 2 RC со значениями параметров по умолчанию. Можно использовать Ячейку Ahr оценка параметра изменения, заданного в собственном компоненте Модуля Батареи, чтобы ввести межклеточные изменения ячейки способность. Никакая способность ячейки не исчезает или заряжается, утечка рассматривается в этом примере.
Чтобы использовать этот модуль, чтобы создать уникальный модуль батареи, сначала задайте количество ряда и соединенных с параллелью ячеек. Затем укажите, что тип ячейки для всех отдельных ячеек путем выбора одной из этих опций для Выбирает параметр типа ячейки блока Battery Module:
Pouch
Can
Compact cylindrical
Regular cylindrical
Этот пример использует ячейки типа мешочка. Модуль A и Модуль B, каждый состоит из 20 подключенных последовательно и двух соединенных с параллелью ячеек. Модуль C состоит из 25 подключенных последовательно и двух соединенных с параллелью ячеек.
Эти два выходных порта, SOC и Временный файл, предоставляют информацию относительно состояния заряда и температуры каждой ячейки в модуле. Тепловой порт, Amb используется, чтобы задать температуру окружающей среды в симуляции. Электрические порты, pos и отрицательный, задают электрические положительные и отрицательные терминалы, соответственно. Эти два входных порта, FlwR и FlwT, задают управление скоростью потока жидкости хладагента батареи и вставляют температуру в модуль.
Рисунок ниже показывает примеры элементов батареи в Pouch и Can настройки.
Рисунок ниже показывает примеры элементов батареи в Compact cylindrical и Regular cylindrical настройки.
Это параметры в модуле батареи:
Вектор из температур, T — Температуры, при которых ячейка или данные о модуле для варьирующихся по температуре свойств сведены в таблицу в виде вектора.
Отдельная ячейка оценка Ahr, базовая линия — способность Ячейки при температурах, заданных в Векторе из температур, T параметр в виде вектора.
Вектор из значений состояния заряда, SOC — Область значений значений между 0 и 1, в котором ячейка электрические параметры заданы в виде вектора.
Вектор из скоростей потока хладагента, L — значения массового расхода жидкости Хладагента, в которых задана интерполяционная таблица для охлаждения ячейки. Этот параметр должен ответить на несколько вопросов в области значений потока интереса. Этот параметр задает размер Эффективного уровня параметра теплопередачи хладагента и задан как вектор.
Никакое напряжение загрузки, V0 — потенциальные ценности разомкнутой цепи Ячейки в различном Векторе из значений состояния заряда, SOC и Вектора из температур, T указывает в виде матрицы.
Терминальное сопротивление, R0 — Ячейка омические значения сопротивления в различном Векторе из значений состояния заряда, SOC и Вектора из температур, T указывает в виде матрицы.
Сопротивление поляризации — значения сопротивления Поляризации в различном Векторе из значений состояния заряда, SOC и Вектора из температур, T указывает в виде матрицы.
Постоянная времени — Постоянная времени в различном Векторе из значений состояния заряда, SOC и Вектора из температур, T указывает в виде матрицы.
Количество тепла ячейки — Количество тепла отдельной ячейки в виде скаляра.
Теплопроводность ячейки — Ячейка проводимость через плоскость для мешочка и может ячейки или радиальная проводимость для цилиндрических ячеек в виде скаляра.
Коэффициент теплопередачи к окружающей среде — содействующее значение Теплопередачи в виде скаляра.
Количество подключенных последовательно ячеек Ns — Количество строк последовательно в виде целого числа.
Количество параллели соединило ячейки Np — Количество параллельных ячеек в строке в виде целого числа.
Выберите тип ячейки — Тип ячейки в виде любого Pouch, Can, Compact cylindrical, или Regular cylindrical.
Ширина ячеек — Ширина ячеек в виде скаляра.
Ширина ячеек — Ширина ячеек для Pouch и Can ячейки в виде скаляра.
Толщина ячейки — толщина Ячейки для Pouch или Can ячейки в виде скаляра.
Диаметр ячейки — диаметр Ячейки для Compact cylindrical или Regular cylindricalВ виде скаляра.
Количество цилиндрических ячеек в прямой линии — Количество цилиндрических ячеек располагается в прямой линии для упаковки в виде целого числа.
Вспомогательный полное сопротивление — Сопротивление, которое комбинирует все встроенное сопротивление в модуле в виде скаляра. Это сопротивление является суммой вкладки ячейки, собирательной шины, кабеля и/или сопротивлений сварки в виде скаляра.
Балансировка ячейки — метод балансировки Ячейки в виде любого none или passive. В этом примере этот параметр устанавливается на none.
Эффективный уровень теплопередачи хладагента от каждой ячейки — Оценка теплового сопротивления (W/K) теплопередачи от элементов батареи до хладагента в виде 3-D матрицы скалярных значений. 3-D матричный размер зависит от Вектора из температур, T, Вектора из скоростей потока хладагента, L и параметров NsxNp. Параметр NsxNp является общим количеством ячеек в модуле. Охлаждение батареи представлено как интерполяционная таблица или 3-D матрица размера [T, L, Ns*Np] и значения вычисляются с помощью, подробно изложил 3-D методы, такие как вычислительная гидрогазодинамика. Значения матрицы зависят от фактического аппаратного проекта системы охлаждения или холодных пластин в модуле. Эффективностью холодной пластины управляют с помощью входных значений FlwR и FlwT.
Внешнее тепло — Внешний вход тепла к каждой ячейке в модуле из-за горячего компонента, помещенного около модуля в виде вектора.
Вектор из температуры первичной клетки — температура начальной буквы Ячейки в виде вектора.
Вектор из состояния заряда первичной клетки — начальное состояние Ячейки заряда в виде вектора.
Ячейка Ahr оценка изменения — Межклеточные изменения способности ячейки во всем Векторе из температур, T указывает для каждой ячейки в виде вектора из скалярных значений. Если вы устанавливаете этот массив на 1, вся способность ячейки является тем же самым. Значения массивов для ячейки умножаются со значением, заданным в Отдельной ячейке оценка Ahr, базовый параметр, чтобы вычислить фактическую способность или оценку Ahr ячейки.
Чтобы задать скорость потока жидкости хладагента батареи и температуру, задайте эти входные параметры:
FlwR — Значение между 0 и 1 в виде скаляра. Входное значение FlwR используется, чтобы динамически выбрать правильное значение скорости потока жидкости во время симуляций. Значение входа FlwR задает фактическую скорость потока жидкости в модуле. В Векторе из скоростей потока хладагента L параметр, FlwR не равняются 0 средним значениям никакому потоку, в то время как FlwR равняются 1 среднему значению самому высокому значению скорости потока жидкости.
FlwT — Положительная или отрицательная величина, что, когда суммировано к температуре окружающей среды, равняется входной температуре хладагента. Значение +15 для входа FlwT и 273.15 K в порте Amb делает входную температуру хладагента равной 273,15 + 15 = 288.15K. Значение-15 для входа FlwT и 273.15 K в Amb делает входную температуру хладагента равной 273,15 - 15 = 258.15 K
В этом примере блок батарей создается путем соединения трех модулей батареи последовательно. Сопротивление моделирует кабельное соединение между отдельными модулями. Постоянный ток исходные модели текущее зарядное устройство и это соединяется с блоком батарей с помощью кабеля, смоделированного как сопротивление. Загрузка степени через клеммы батареи моделирует потребление энергии из-за охладителя или нагревателя для схемы хладагента. Эффективный уровень теплопередачи хладагента от каждого параметра ячейки моделирует уровень теплопередачи хладагента батареи. В этом примере все ячейки модуля имеют тот же уровень удаления тепла (W/K), но это значение отличается от модуля до модуля. В отсутствие подробных данных можно задать значение уровня удаления тепла, чтобы быть тем же самым для всех ячеек при всех температурах и скоростях потока жидкости. Рисунок ниже показывает интерполяционную таблицу трехмерного массива, Qij, где i = 1:size (T) и j = 1:size (L), задает уровень удаления тепла в W/K для каждой ячейки, где температурное значение равняется, i и скорость потока жидкости хладагента равняемся j. Значения линейно интерполированы между числами, которые вы задаете в Векторе из скоростей потока хладагента, L и Векторе из температур T параметры. Реализация системы охлаждения и параметры, как Qij, заданы в рисунке ниже.
Чтобы позволить быстро заряжаться, холодный блок батарей подогрет, чтобы позволить проход больших токов. Подсистема профиля постоянного тока оценивает постоянный ток в зависимости от минимальной температуры ячейки в блоке батарей. Входная температура хладагента является постоянной в 288.15 K и заданная установкой FlwT к постоянному входному значению 15 и порт Amb к 273.15 K. Если градиент температуры между ячейками больше пяти градусов Цельсия, подсистема Управления потоками уменьшает скорость потока жидкости хладагента.
Этот пример использует параметры, заданные в ee_lithium_pack_DCFC_ini.m файл. Параметры ячейки являются тем же самым во всех модулях. Внешний источник тепла добавляется к модулю C, чтобы смоделировать горячие компоненты вокруг этого. Температура окружающей среды собирается обнулить градусы Цельсия, модель определяет подходящий профиль постоянного тока и процентные изменения заряда пакета. Начальное условие пакета равно 20% состояния заряда. Доступное время зарядки равно 15 минутам. Три случая рассматриваются:
Случай 1 — транспортное средство припаркован на стоянке в течение долгого времени. Температура первичной клетки совпадает с температурой окружающей среды. Батарея нагревается во время зарядки с начальным состоянием заряда батареи, равным 20%.
Случай 2 — транспортное средство управляется и сразу заряжен. Начальная температура элемента батареи равна 285 K. Батарея нагревается во время зарядки с начальным состоянием заряда батареи, равным 20%. cellInitialTemp переменная рабочей области, заданная в ee_lithium_pack_DCFC_ini.m файл, изменяется на значение, равное значению порта Amb плюс 15.
Случай 3 — транспортное средство управляется и сразу заряжен. Начальная температура элемента батареи является 285 K. Батарея не нагревается во время зарядки (никакое вспомогательное потребление энергии) с начальным состоянием заряда батареи, равным 20%. cellInitialTemp переменная рабочей области, заданная в ee_lithium_pack_DCFC_ini.m file, изменяется на значение, равное значению порта Amb плюс 15 и auxLoad установлен в низкую стоимость, равную 1e-4. Скорость потока жидкости хладагента FlwR обнуляется путем выключения потока хладагента в подсистеме Controls/Flow_Control, установке NoFlow к 0.
Этот рисунок показывает результаты симуляции этих трех случаев:
В первом случае батарея занимает время, чтобы нагреться. Поскольку температура батареи является низкой, сумма тока, который это может безопасно принять от зарядного устройства, является также низкой. Блок батарей сетевое состояние заряда повышается с 20% приблизительно до 42% в течение 15 минут заряженного процесса.
Во втором случае температура начальной буквы батареи выше, таким образом, управляющий модуль может поместить более актуальный в блок батарей. Температура батареи дальнейшие повышения из-за тепла. Это позволяет управляющему модулю поместить больше зарядного тока в блок батарей. В результате блок батарей сетевое состояние заряда повышается с 20% приблизительно до 66% за 15 минут заряжающегося времени.
Третий случай представляет лучший вариант развития событий. Система охлаждения или система отопления не используются, таким образом, нет никакой вспомогательной загрузки степени, которая приводит к батарее, становящейся находящейся "под кайфом" до 80%. Приблизительно 60% (80% - 20%) чистого заряда восстанавливаются после 15 минут заряжающегося времени.
Т. Хурия, М. Серэоло, Й. Гаццарри, Р. Джеки. "Высокое качество электрическая модель с тепловой зависимостью для характеристики и симуляции большой мощности элементы батареи Lithium", IEEE международная конференция по электромобилю, март 2012
