在Romeo Power，我们设计我们的电池组和电池技术，使我们的客户能够生产更高效的电动汽车，并实施可扩展的能源存储系统。在为下一个产品选择我们的电池组之前，我们的客户需要知道电池组在各种预期操作条件下的表现，包括各种温度和充电状态。使用硬件原型来评估电池组的性能既缓慢又昂贵，所以我们依赖模拟来确保最小化硬件测试。
MATLAB建模与仿真®，S金宝appimulink®，及模拟人生景™ 比构建物理原型更快、更安全、成本更低。我们可以识别适用于特定设计的算法或收费方法，而无需运行整个系统。我们可以测试在真实电池上测试困难或危险的场景，并针对特定应用和使用情况优化设计。仿真常常揭示在系统级测试中遗漏的错误。此外，我们的客户可以使用我们的模型评估其电动汽车或商用和家用储能系统的电池组和电池管理系统（图1）。
图1所示。用于叉车的48V锂电池组。
利用参数估计描述和建模单个细胞
为了对电池单元进行建模，我们需要描述其在不同温度和充电状态下最初和多次充放电循环后的性能。我们进行了广泛的测试，包括开路电压（OCV）和混合脉冲功率特性（HPPC）测试，使用热室改变电池温度，以覆盖感兴趣的工作范围。我们在每个老化里程碑后记录不同充电状态下的容量和阻抗变化，例如，每200次充放电循环后。
我们将测量数据导入MATLAB并进行参数估计，以找到等效电路模型的开路电压、电阻和电容值，我们使用Simscape电压源、电阻和电容块在Simulink中构建了等效电路模型（图2）。金宝app
图2。利用Simscape模块开发了用于参数估计的等温3-RC等效电路。Em=开路电压，R=电阻，C=电容。
参数估计包括计算等效电路参数，以使仿真结果与实验测量相匹配。我们从给定的等效电路拓扑和一组初始参数猜测开始。MATLAB优化函数计算参数值，使仿真和实验之间的差异最小。在所有感兴趣的温度下重复这些步骤，逐列填充查找表。我们使用电池老化时收集的数据重复参数估计，在每个年龄阶段为电池创建额外的查找表。
作为寿命开始（BOL）参数估计的结果，每个等效电路元件将有一个二维查找表，其中列表示温度，行表示电荷状态。图3显示了一个示例查找表，其中内阻R0显示为SOC和温度的函数。
图3。由参数估计得出的查找表可视化显示内阻作为电荷状态和温度的函数。
为了验证参数化模型，我们对其进行了仿真，在MATLAB中绘制仿真结果，并将其与电池测试结果进行比较（图4）。
图4。一天，电动汽车应用的动力驱动模拟（基于单个电池）。从上到下：模拟电压（红色）和测量电压（蓝色）、电流和充电状态。
创建多单元的模型
为了创建一个完整的电池组或模块，我们将单个电池模型串联或并联，然后将这些串并联或串联(图5)。
图5。由上至下:电池组型号、串并联、单体串联、等效电路、查表样块(R0)。
我们在单个单元之间插入对流传热块，以考虑热效应。在模拟过程中，我们监控单个电池的温度、SOC和电压，以及整个模块的温度、电压和电流。通过修改字符串的数量或每个字符串中的单元格数量，我们可以快速评估不同的配置，并为特定应用程序确定最佳配置。
我们根据自己的需求或客户的需求调整模型的保真度。我们使用低保真度模型为需要定制设计的新客户生成初始设计报告，或者当现有的产品框架不能用于执行系统分级和初步分析时。我们使用高保真模型进行产品验证、电池平衡、状态估计和充电器控制算法开发、硬件在环测试，并集成到车辆平台。
与客户共享模型
我们的许多客户运行他们自己的模拟，以验证尺寸或看看一个特定的电池组将如何工作在他们的设计之一。例如，一家开发电动汽车的公司可能希望将电池模型与汽车发动机模型集成在一起，并对不同的驱动剖面进行车辆级模拟。
与我们自己的电池型号一样，车型，甚至驾驶模式，通常都包含专有信息。为了解决这个问题，我们开发了电池组型号的黑匣子版本。我们从原始模型生成代码，并根据编译后的代码创建新的Simulink模型。我们的客户可以完全控制初始条件的设置，如初始SOC、初始电池温度、冷却剂温度和传热系数（图6）。金宝app
图6。顶部：客户电池组型号。底部：用于设置模型参数和初始条件的界面。
我们预计，安全、经济、可靠的电池需求将不断增长，以满足电动汽车行业的需求。通过在MATLAB和Simulink中建模和仿真，我们可以快速探索广泛的单元配置，金宝app并在性能、重量、体积或散热要求方面优化系统架构。
