在罗密欧电力，我们设计电池组和电池技术，使我们的客户能够生产更高效的电动汽车，并实现可扩展的储能系统。在为他们的下一款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工作条件下的表现，包括各种温度和充电状态。使用硬件原型评估电池组性能既缓慢又昂贵，因此我们依靠模拟来确保我们最大限度地减少硬件测试。
MATLAB建模与仿真®,仿金宝app真软件®，并且Simscape™比构建物理原型更快、更安全、成本更低。我们可以确定在不运行整个系统的情况下适用于特定设计的算法或收费方法。我们可以测试在真实电池上难以测试或危险的场景，并针对特定应用和使用情况优化设计。模拟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来评估他们的电动汽车或商业和住宅储能系统的电池组和电池管理系统(图1)。
图1所示。叉车用48V锂电池组。
利用参数估计对单个细胞进行表征和建模
为了模拟电池，我们需要描述它的特性——在不同的温度和充电状态下，它在初始和多次充放电循环后的表现如何。我们进行了大量的测试，包括开路电压(OCV)和混合脉冲功率表征(HPPC)测试，使用热室改变电池温度以覆盖感兴趣的工作范围。我们记录每个老化里程碑之后不同充电状态下的容量和阻抗的变化——例如，在每200个充放电循环之后。
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(图2)。金宝app
图2。利用Simscape块开发了等温3-RC等效电路进行参数估计。Em =开路电压，R =电阻，C =电容。
参数估计涉及计算等效电路参数，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，使仿真与实验之间的差异最小化。在所有感兴趣的温度处重复这些步骤，以逐列填充查找表。我们使用随着电池老化而收集的数据重复参数估计，在每个年龄里程碑为电池创建额外的查找表。
作为生命开始(BOL)参数估计的结果，每个等效电路组件将有一个二维查找表，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。由参数估计产生的查找表的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。电动汽车应用的一天电力驱动模拟(基于单个电池)。从上到下:模拟电压(红色)和测量电压(蓝色)、电流和荷电状态。
创建多单元模型
为了创建一个完整的电池组或模块，我们将单个电池模型连接成串联或并联串，然后以并联或串联的方式连接(图5)。
图5。从上到下:电池组模型，串并联，单个电池串联，等效电路和示例查找表块(R0)。
我们在单个单元之间插入对流换热块来解释热效应。在模拟过程中，我们监测单个电池的温度、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来调整模型的保真度。我们使用低保真模型为需要定制设计的新客户生成初始设计报告，或者当现有产品框架无法执行系统规模和初步分析时。我们使用高保真模型进行产品验证、电池平衡、开发状态估计和充电器控制算法、硬件在环测试以及集成到车辆平台。
与客户共享模型
我们的许多客户运行他们自己的模拟来验证尺寸或看看特定的电池组在他们的设计中是如何工作的。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电机模型集成在一起，并针对不同的驱动配置文件运行车辆级别的模拟。
车辆模型，甚至驱动配置文件通常包含专有信息，就像我们自己的电池模型一样。为了解决这个问题，我们开发了电池组模型的黑盒版本。我们从原始模型生成代码，并基于编译后的代码创建新的Simulink模型。金宝app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)。
图6。顶部:客户电池组模型。底部:模型参数和初始条件设置界面。
我们预计对安全、具有成本效益和可靠的电池的需求将不断增长，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并根据性能、重量、体积或散热要求优化系统架构。
