電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)通過調(diào)節(jié)電池的溫度條件來保持電池安全高效地運(yùn)行。
高電池溫度會加速電池老化并帶來安全風(fēng)險,而低溫度會導(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)通過在電池過熱時散熱或過冷時供熱來控制電池的工作溫度。
工程師會使用主動、被動或混合熱傳遞解決方案來調(diào)節(jié)這些系統(tǒng)的電池溫度。主動解決方案通常通過風(fēng)扇或泵推動工作流體(如空氣、水或其他液體)來降低或提高電池溫度。
在被動解決方案中,導(dǎo)熱材料做成的散熱片或管道會從電池中帶走熱量。混合解決方案兼具主動和被動解決方案的關(guān)鍵設(shè)計(jì)特征。
創(chuàng)建仿真熱傳遞過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)滿足壽命終止 (EOL) 時間保修標(biāo)準(zhǔn)的電池組。
使用 MATLAB 和 Simulink,您能夠:
對電池的詳細(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“假設(shè)”場景進(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)行案例研究以評估不同設(shè)計(jì)方案的熱影響
通過減少使用生產(chǎn)電池硬件執(zhí)行高成本、耗時的測試來降低成本
為電池?zé)峁芾砜刂谱詣由缮a(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,您可以從電芯級別開始創(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創(chuàng)建更具代表性的模型。
通過定義到環(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元素可以很好地捕獲電池和冷卻劑流之間的動態(tài)交互產(chǎn)生的溫度分布。 電池組級熱模型可通過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)。您可以對不同老化程度的電池組執(zhí)行熱性能分析,以滿足壽命終止 (EOL) 時的保修標(biāo)準(zhǔn)。
使用 Simscape 中的熱元素庫對單個電芯進(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)域的模塊對主動、被動或混合冷卻/加熱解決方案進(jìn)行建模。您還可以通過繪制示意圖來放置管道、閥門、熱交換器和流體箱,從而探索冷卻/制熱系統(tǒng)的架構(gòu)。對于液體回路系統(tǒng),您可以對以下各項(xiàng)進(jìn)行建模:存放儲備流體的擴(kuò)展流體箱;在電芯附近引導(dǎo)工作流體的冷板;具有泵、流路徑和閥門的電機(jī)驅(qū)動循環(huán)系統(tǒng);以及不同類型的熱交換器,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,通過探索組件選型和系統(tǒng)參數(shù)來細(xì)化設(shè)計(jì),以及滿足散熱和功耗等要求。
使用 Simulink 和 Simscape 創(chuàng)建的電動汽車 (EV) 電池的主動液體回路冷卻/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 方法來實(shí)現(xiàn)循環(huán)系統(tǒng)控制,例如進(jìn)料流(閥門)控制、質(zhì)量流量(泵)控制和熱交換路徑選擇控制。使用 Simscape Battery,您可以通過預(yù)置的模塊(例如電池冷卻劑控制和電池加熱器控制)來構(gòu)建電池?zé)峁芾砜刂扑惴āD€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) 測試
使用 Embedded Coder 和 HDL Coder,您可以自動生成可讀的、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。
您還可以為被控對象模型生成代碼,并執(zhí)行硬件在環(huán) (HIL) 測試。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。
通過將這些模塊與實(shí)時硬件結(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 測試支持您用實(shí)時機(jī)器來測試電池?zé)峁芾硐到y(tǒng),從而取代耗時且高成本的硬件測試。
這可以降低在危險的測試條件下?lián)p壞電池硬件的風(fēng)險,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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