電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)電池的溫度條件來(lái)保持電池安全高效地運(yùn)行。
高電池溫度會(huì)加速電池老化并帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn),而低溫度會(huì)導(dǎo)致電池容量下降和充電/放電性能減弱。
電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)通過(guò)在電池過(guò)熱時(shí)散熱或過(guò)冷時(shí)供熱來(lái)控制電池的工作溫度。
工程師會(huì)使用主動(dòng)、被動(dòng)或混合熱傳遞解決方案來(lái)調(diào)節(jié)這些系統(tǒng)的電池溫度。主動(dòng)解決方案通常通過(guò)風(fēng)扇或泵推動(dòng)工作流體(如空氣、水或其他液體)來(lái)降低或提高電池溫度。
在被動(dòng)解決方案中,導(dǎo)熱材料做成的散熱片或管道會(huì)從電池中帶走熱量?;旌辖鉀Q方案兼具主動(dòng)和被動(dòng)解決方案的關(guān)鍵設(shè)計(jì)特征。
創(chuàng)建仿真熱傳遞過(guò)程的電池散熱軟件模型可以幫助工程師分析設(shè)計(jì)參數(shù)的權(quán)衡、評(píng)估性能和實(shí)現(xiàn)控制算法。
工程師可以使用 MATLAB 和 Simulink 設(shè)計(jì)能夠確保電池組在各種工況下安全地提供最優(yōu)性能的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng),。
在 Simulink 中對(duì)新的和老化的鋰離子電池組模型執(zhí)行熱分析,以從功率、性能和封裝角度設(shè)計(jì)滿(mǎn)足壽命終止 (EOL) 時(shí)間保修標(biāo)準(zhǔn)的電池組。
使用 MATLAB 和 Simulink,您能夠:
對(duì)電池的詳細(xì)熱行為進(jìn)行建模
使用各種工作流體(包括氣體、液體和相變冷卻劑)構(gòu)建冷卻/制熱系統(tǒng)模型
通過(guò)建模和仿真執(zhí)行組件選擇和組件選型
使用不同組件參數(shù)探索設(shè)計(jì)空間并優(yōu)化電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)性能
仿真極端溫度條件以針對(duì)“假設(shè)”場(chǎng)景進(jìn)行設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)溫度調(diào)節(jié)的監(jiān)督控制邏輯和閉環(huán)控制策略
進(jìn)行案例研究以評(píng)估不同設(shè)計(jì)方案的熱影響
通過(guò)減少使用生產(chǎn)電池硬件執(zhí)行高成本、耗時(shí)的測(cè)試來(lái)降低成本
為電池?zé)峁芾砜刂谱詣?dòng)生成生產(chǎn)就緒的嵌入式代碼并符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
捕獲電池?zé)嵝袨?/strong>
使用 Simscape 和 Simscape Battery,您可以從電芯級(jí)別開(kāi)始創(chuàng)建模型,然后添加環(huán)境溫度影響、熱界面材料和冷卻板連接來(lái)創(chuàng)建更具代表性的模型。
通過(guò)定義到環(huán)境、冷卻劑和冷卻板位置的熱路徑,您可以從電池到電池、電池到板和電池到環(huán)境的角度考慮熱傳遞。
Simscape Battery 提供支持不同流配置的預(yù)置冷卻板模塊,包括并行通道、U 形矩形通道和邊緣冷卻。
Simscape Battery 中的并行通道模塊(左),Simscape Battery 中的 U 形通道模塊(中),Simscape Battery 中的邊緣冷卻模塊(右) 將這些冷卻板離散化為各個(gè)元素可以很好地捕獲電池和冷卻劑流之間的動(dòng)態(tài)交互產(chǎn)生的溫度分布。 電池組級(jí)熱模型可通過(guò)將電池組合成具有熱效應(yīng)的模塊并將模塊排列在電池組內(nèi)來(lái)構(gòu)建。
Simscape 內(nèi)置的電池組模型使用反映實(shí)際系統(tǒng)并可以隨著電池?cái)?shù)量的增加而擴(kuò)展的電氣和熱網(wǎng)絡(luò)。您可以對(duì)不同老化程度的電池組執(zhí)行熱性能分析,以滿(mǎn)足壽命終止 (EOL) 時(shí)的保修標(biāo)準(zhǔn)。
使用 Simscape 中的熱元素庫(kù)對(duì)單個(gè)電芯進(jìn)行詳細(xì)的一維熱建模
使用 Simscape Battery 為電池模塊定義冷卻劑熱路徑
將冷卻板連接到電池模塊和并聯(lián)電芯
冷卻/加熱系統(tǒng)建模
您可以使用 Simscape 和 Simscape Fluids 中氣體、液體和熱效應(yīng)領(lǐng)域的模塊對(duì)主動(dòng)、被動(dòng)或混合冷卻/加熱解決方案進(jìn)行建模。您還可以通過(guò)繪制示意圖來(lái)放置管道、閥門(mén)、熱交換器和流體箱,從而探索冷卻/制熱系統(tǒng)的架構(gòu)。對(duì)于液體回路系統(tǒng),您可以對(duì)以下各項(xiàng)進(jìn)行建模:存放儲(chǔ)備流體的擴(kuò)展流體箱;在電芯附近引導(dǎo)工作流體的冷板;具有泵、流路徑和閥門(mén)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)循環(huán)系統(tǒng);以及不同類(lèi)型的熱交換器,例如有線加熱器或散熱器。
在創(chuàng)建冷卻/加熱系統(tǒng)模型后,您可以運(yùn)行仿真,通過(guò)探索組件選型和系統(tǒng)參數(shù)來(lái)細(xì)化設(shè)計(jì),以及滿(mǎn)足散熱和功耗等要求。
使用 Simulink 和 Simscape 創(chuàng)建的電動(dòng)汽車(chē) (EV) 電池的主動(dòng)液體回路冷卻/加熱系統(tǒng)模型
設(shè)計(jì)電池?zé)峁芾淼目刂乒δ?/strong>
Simulink 讓您可以輕松設(shè)計(jì)閉環(huán)控制功能。該功能結(jié)合前饋和 PID 方法來(lái)實(shí)現(xiàn)循環(huán)系統(tǒng)控制,例如進(jìn)料流(閥門(mén))控制、質(zhì)量流量(泵)控制和熱交換路徑選擇控制。使用 Simscape Battery,您可以通過(guò)預(yù)置的模塊(例如電池冷卻劑控制和電池加熱器控制)來(lái)構(gòu)建電池?zé)峁芾砜刂扑惴?。您還可以使用 Stateflow 根據(jù)環(huán)境溫度和電池溫度設(shè)計(jì)用于在不同工作模式(例如加熱和冷卻)之間切換的監(jiān)督控制邏輯。
冷卻劑控制系統(tǒng)的 Simulink 模型,該控制系統(tǒng)根據(jù)電芯之間的溫度以及環(huán)境溫度計(jì)算流速
生成代碼并執(zhí)行硬件在環(huán) (HIL) 測(cè)試
使用 Embedded Coder 和 HDL Coder,您可以自動(dòng)生成可讀的、優(yōu)化的 C/C++ 或 HDL 代碼,用于在嵌入式微控制器或 FPGA/SoC 目標(biāo)上部署電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)軟件。
您還可以為被控對(duì)象模型生成代碼,并執(zhí)行硬件在環(huán) (HIL) 測(cè)試。Simscape Battery 包括可充當(dāng)電池和電池監(jiān)督電路之間接口的模塊。
通過(guò)將這些模塊與實(shí)時(shí)硬件結(jié)合使用,您可以將電池仿真連接到現(xiàn)實(shí)世界的電池平衡硬件。電池系統(tǒng)的 HIL 測(cè)試支持您用實(shí)時(shí)機(jī)器來(lái)測(cè)試電池?zé)峁芾硐到y(tǒng),從而取代耗時(shí)且高成本的硬件測(cè)試。
這可以降低在危險(xiǎn)的測(cè)試條件下?lián)p壞電池硬件的風(fēng)險(xiǎn),讓您可以在各種工況(包括極端溫度、惡劣工作條件和故障)下測(cè)試電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。
審核編輯:劉清
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原文標(biāo)題:什么是電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)?如何仿真電池?zé)嵝袨椴⒃O(shè)計(jì)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)?
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