电化学电芯建模
Simscape™ Battery™ 包括 Simscape 模块或电池电芯和燃料电池的动态模型。通过这些模块，您可以电芯的基于时间或基于频率的响应，以用于设计和验证。以这些模块作为基本元素，开始构建系统级模型，如电池模组、电池包或燃料电池堆。默认情况下，这些基本模块包括快速运行仿真所需的最基本电气动态特性，但也可以包括热效应和更复杂的电气参数依赖关系。
等效电路模型 (ECM) 通过使用一组电路元件（包括以特定电路拓扑结构连接的电阻器、电容器和电感器）来近似计算电化学电芯的动态行为，例如电压随时间的变化。ECM 类似于真实的电化学系统。ECM 的仿真速度较快，但模型的保真度和准确性较低。
电化学模型可详细呈现电池内部的物理和化学过程。这些模型可以表示电荷和质量传递、反应动力学和热动力学。这些模型的计算量很大，参数化也更具挑战性。
Simscape 模块
主题
- 对带有膜水动力学的 PEM 燃料电池建模
此示例说明了如何使用自定义的 Simscape™ 模块对质子交换膜 (PEM) 燃料电池堆进行建模。该模块对 PEM 燃料电池的膜电极组件 (MEA) 中发生的水输送动力学进行建模。有关水输送动力学的更多信息，请参阅 Fuel Cell Equivalent Circuit 模块。 (自 R2024b 起)
- 通过测量协议和数据分析对熵系数进行参数化
本例展示了如何进行试验以及如何分析试验数据，以参数化熵系数。熵热是电池热模型中的可逆热生成项。该方程用于计算熵热。 (自 R2024a 起)
精选示例
分析快速充电过程中电池空间温度变化
此示例显示了电池快速充电过程中电池表面温度梯度的变化情况。快速充电是推动电池电动汽车普及的关键技术之一。快速充电会在电池内部推动大量电流。该过程会产生大量的热。了解电池内部温度的空间分布及其对长期保修的影响至关重要。通常情况下，为了确保电池寿命长且性能衰减均匀，电池电芯表面的温差不应超过 5 至 6 摄氏度。此示例使用 Simscape™ Battery™ 对电芯的电气动态特性进行建模，并使用 Partial Differential Equation Toolbox™ 生成描述电池三维热模型的简化模型 (ROM)。此示例使用 50 安培小时电池（Valence:U27_36XP），从初始荷电状态 (SOC) 为 15% 开始充电 10 分钟。然后，该示例分析电芯温度的最大梯度。
分析钒液流电池的性能
此示例说明了如何对钒氧化还原流动电池 (VRFB) 进行建模、计算荷电状态 (SOC) 以及评估电解质流量对电池性能的影响。
Examine Effects of Diffusion Coefficient and Volume Fraction on Battery Terminal Voltage
How the diffusion coefficient and the volume fraction of the electrode active material of a Battery Single Particle block affect the battery terminal voltage.
Model Battery Cycling Aging
Simulate the capacity cycling aging of a battery. Battery aging is a critical factor that affects the performance and lifespan of energy storage systems. As batteries undergo charge and discharge cycles, their components degrade, which leads to a gradual decline in capacity and efficiency. Solid electrolyte interface (SEI), lithium plating, and other side reactions are the main cause of degradation in lithium-ion batteries.
对电池中的电压滞后建模
此示例说明了如何使用 Battery Equivalent Circuit 模块仿真可充电电池中的电压滞后现象。开路电压 (OCV) 是指电流为零时电池两端测得的电压差。OCV 是电动势或静电势。对于锂离子电池等可充电或二次电池，在给定的荷电状态和温度状态下，OCV 取决于您之前是否对电池进行过充电或放电。在采用传统插层电极的锂离子电芯中，这种差异通常是由于电极活性材料中存在不同的固相、反应路径滞后以及相关的热力学效应所致。在充电和放电过程中，电极活性材料的锂化与脱锂化通常会根据电池化学性质在不同的荷电状态下产生不同的电极固相。
