电池建模

设计电池驱动系统时对电池进行建模

电池模型已成为设计电池驱动的系统时不可或缺的工具。它们的用途包括电池特征描述、充电状态 (SOC) 和健康状态 (SOH) 估计、算法开发、系统级优化以及电池管理系统设计的实时仿真。

对于系统级开发和控制应用,因其相对简单,首选使用基于等效电路的电池模型。工程师们使用等效电路对电池的热-电特性进行建模,使用结合了模型和实验测量数据的相关性技术通过优化对等效电路的非线性元素进行参数化。

带有三个不同时间常数、内阻和开路电压的电池的等效电路。

电池特征化

开发精确电池模型的第一步是构建和参数化等效电路,以反映电池的非线性行为和对温度、SOC、SOH 及电流的依赖性。这种依赖性对于每个电池的化学原理来说是独一无二的,需要根据对电池单元执行的测量来确定,该电池单元的类型必须与为其设计控制器的电池完全相同。示例电池模型可从MATLAB Central下载。

NMC 锂离子电池脉冲电流(中间)放电的电压响应(上方),以及相应的充电状态(下方)。

SOC 估计

电池模型的一种常见应用是开发 SOC 估计算法。开路电压 (OCV) 测量和电流积分(库仑计数)可以为 SOC 提供合理的估计。但是,要想估计具有平面 OCV-SOC 放电特征的现代化学电池中的 SOC,则需要使用不同的方法,例如卡尔曼滤波

性能降低

电池由于其日历寿命和充电-放电循环,性能会随着时间降低,表现为储存的能量会逐渐损失,同时内部电阻增加。电池管理系统 (BMS) 需要适应这种变化才能有效控制电池的使用。电池模型可以帮助您开发一种 BMS,将性能降低问题考虑在内。

锂电子电池的性能逐渐降低体现在内部电阻 (R 0 ) 和时间常数 (τ 1 , τ 2 , τ 3 ) 增加上,开路电压 (E m ) 的变化则较小。

实时仿真

BMS 硬件在环测试是电池模型的另一常见应用。针对系统级设计构建的电池模型可以在实时仿真时重用。

有关电池建模的更多信息,请参阅下面与MATLAB® Simulink®产品有关的示例、网上研讨会和会议文件。