你好,每个人。我叫哈维尔Gazzarri。和我是一个应用程序工程师MathWorks专业电池系统设计与分析使用建模与仿真。我是一个机械工程师与布宜诺斯艾利斯大学的学士学位,和英属哥伦比亚大学的硕士和博士学位。
加入MathWorks之前七年,以前我在政府机关工作了四年加拿大研究低温燃料电池的燃料电池研究所创新国家研究委员会在温哥华BC。
锂离子电池类型的偏好在现代电动及混合动力汽车,因为他们的特定的能量高,良好的循环寿命,电池放电很低。然而,所有的这些优势都需要仔细的电池管理,确保安全运行和可接受的耐久性。例如,温度和电压应保持在可接受的范围内,以避免过早退化,应该权力交付及验收。
今天我将和你们分享一些关于如何创建一个仿真软件模型中使用电池电池系统设计和控制。金宝app首先,我们将展示如何使用等效电路表示电池的动态行为。这非常重要,因为BMS,任何控制器,需要调到植物的动态连接。一个好的模型的电池会告诉我如何表现作为环境条件和状态的函数。
其次,我们将看到如何参数化等效电路基于测量数据使用参数估计,基于优化技术以适应模型实验数据。最后,我们将看到如何改进和完善一个估计,增加忠诚与使用更复杂的模型等效电路类型学,赞美与曲线拟合研究,使用并行计算和加速计算。
开发电池系统使用基于模型的设计需要的电池模型,准确地代表其现实生活行为和依赖于环境和操作条件。例如,它需要复制的电压降与时间有关的复苏后电流放电事件,比如一个脉冲。虽然是理想的捕获的所有细节的电化学现象出现在一个电池,controls-oriented应用要求更有效的方法,可以扩大到电池的水平,最终能够实时仿真。
被广泛接受的妥协忠诚和仿真时间之间是等效电路。等效电路是一个电化学类比为代表的行为一个电化学的电池使用一个相对简单的电路包含一个电压源和几个电阻和电容,共同反映了开放代孕潜力,内部阻力和弛豫时间的细胞。
建模时电池,使用任何给定的电路,选择电路的拓扑结构和参数化是很重要的,这样它可以尽可能类似的反应,因为物理电池。
一个典型的等效电路包括电压源与开路电位相关,一系列电阻与分离器和电解质的离子电导率,和一个或多个电阻电容对模拟扩散过程的插值和deinterpolation锂离子在多孔电极。
参数化而言,是至关重要的捕获电化学和消散现象观察到在测试一个真正的电池以及他们依赖状态和环境条件。这些需求需要使用矩阵而不是标量参数函数作为查找表构成的物理指纹锂离子化学的兴趣。
一个可能的途径来确定等效电路的特征参数进行参数估计。基于参数估计是一种优化过程,模拟结果与实验测量和比较模型的参数确定的方式模拟匹配实验。这一切首先提出一个等效电路架构,基于先前的知识系统,我们认为能代表真实系统的行为。
的初始参数化等效电路使用试探性的值基于我们的经验。仿真设置复制的条件放电实验中,通常温度控制的环境中完成。
让我们首先看一下实验数据。保持一个恒定的温度25摄氏度,31日在权力镍锰电池核心是解除完全充电状态一直到0 SOC。电池的电流流出时,测量的电压降,然后恢复后的脉搏。电压降的形状恢复的特点是这些特定的化学电池。
和这个过程的目的是能够复制使用正确的参数的等效电路。更具体地说,串联电阻需要占的瞬时部分恢复。结合钢筋混凝土对需要解释的指数部分恢复。电压源必须交付正确的缴纳作为SOC的函数。
此外,我们可以观察到的响应是不同的电荷状态的水平。因为我们没有直接控制充电的状态,但它是状态改变我们放弃当前的电池,我们需要允许查找表的所有参数与标量占SOC的依赖。
这是一个仿真软件模型金宝app设计等目的。一系列的放电电流脉冲的等效电路在这个块以同样的方式,因为它是在实验室完成的。同时终端的电压测量使用这个电压传感器比较优化器对电压的测量实验。
在锂离子电池块,我们可以看到一个简单的等效电路与电压源,内部电阻,和一个RC。稍后,我们将观察到只有一个时间常数是不够的捕获所有这一特定细胞的动力学。如果我们使用初始猜测运行模型参数,仿真和实验测量我们观察这个不匹配。
金宝app仿真软件将与MATLAB的优化函数试图最小化仿真和实验数据之间的差异,通过调整参数的等效电路。这是通过使用一个库称为仿真软件设计优化。金宝app这个工具之间充当桥梁仿真软件和MATLAB的优化功能。金宝app
在左手边,我们可以看到四个参数的估计。我们需要记住,他们每个人实际上是一个向量的元素对应于10的电荷状态水平。其次,我们指定实验用于每个估计。我们总是建议至少有一个独立测量组数据用于验证。
当我们开始评估,仿真软件运行模型一遍又一遍。金宝app每隔几个运行,评估多远的目标,即实验曲线。虽然不够密切,它规定了扰动参数的值估计和评估是否改变可以改善这种状况。这样做是在一个非常有效的方式使用先进的优化算法。
目前的计算需要几分钟收敛,因此我们将加速出于演示目的。
在右边,我们可以看到参数的进化。每一种颜色代表一个等效电路的四个元素。和每一行在每个颜色对应于一个特定的水平状态。
让我们评估最终结果。我们可以看到,大部分优化器很好地拟合电压降的事件和放松。然而,在某些地方适合显然是不够好。这是一个时间来评估等效电路拓扑的有效性,我们建议一开始。
在某些情况下,很明显,指数电压放松是更复杂的比一个时间常数的指数曲线,导致我们认为需要更复杂的等效电路。一个容易的事情是添加更多的时间常数。
让我们看看一个放松活动,看看我们发现使用简单的曲线拟合。回到实验测量,我们选择一个放松的时间间隔。现在让我们导出数据到一个变量和使用曲线拟合工具盒。因为我们感兴趣的非常特定的函数形式,我们将需要使用一个自定义方程,特别是有一笔指数。
它不需要超过三个指数条款符合放松比以前更准确。这是一个迹象表明三个RC组件是一个更好的选择,当谈到选择等效电路拓扑。让我们试试。
这种模型类似于我们之前看到的,但是现在,等效电路包含三个时间常数,而不是一个。计算参数的数量是80,10的8个等价目标元素。对于这个大的问题,是有意义的利用并行计算分配计算负载。
金宝app仿真软件优化设计,允许我们这样做毫不费力地通过选择使用并行计算的选项。再次,我们将展示这个过程的加速出于演示目的。这里是结果。
必须重复这个过程在每一个温度的兴趣和实验数据。每个向量的参数确定与该技术将叠加构成的查找表后参数化一般非等温模型。我们将看到这个建模的细节在一个单独的讲座。
总而言之,我们看到了如何使用仿真软件模型与仿真软件组件结合等温放电数据来找到金宝app最好的等效电路和参数描述给定的锂离子电池的行为。执行此计算,我们利用仿真软件设计优化。金宝app
在这段视频中我们看到一个方法来创建和参数化的等效替代锂离子电池使用的结合实验测量,仿真和优化。我们开始提出一个等效电路的拓扑结构和初始参数的猜测。我们看到了MATLAB和Simulink是如何一起工金宝app作来创建一个优化问题的计算参数值。结果是一个电池块,包含信息模型的行为真正的电池,这是任何系统级模型的可重用的储能装置基于研究设备的类型。
下一步是创建一个模型的整个电池组和电池管理系统设计。这将是一个单独的视频的主题。
