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Battery Power Estimator

计算电池包在给定时间段内的最大充放电功率

自 R2024b 起

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库:
Simscape / Battery / BMS / Estimators

描述

Battery Power Estimator 模块用于计算电池包在指定时间范围内最大的充放电功率能力。该模块遵循以下符号约定：在电池充电过程中，电流和功率均为正值。

下图显示了模块的结构：

方程

为了估算电池包的最大充放电功率能力，Battery Power Estimator 模块采用了混合脉冲功率特性 (HPPC) 方法 [1]。

Diagram of pulse test voltage, on the Y axis, versus time, on the X axis

为了计算放电和充电电流，该模块使用了以下方程：

idischg,volt,n=−V0(SOC,T)−vminRdischgDtichg,volt,n=−V0(SOC,T)−vmaxRchgDt

，其中：

  • V0(SOC,T) 是开路电压。

  • vmin 和 vmax 分别是电池的最小电压和最大电压。

  • RdischgDt 和 RchgDt 分别是持续时间为 Δt 秒的脉冲期间的放电电阻和充电电阻。

  • idischg,volt,n 和 ichg,volt,n 是基于电压约束条件的第 n 个电芯的放电电流和充电电流。

对于恒定电流 in，电荷状态 (SOC) 的关系式为

SOCn(t+Δt)=SOCn(t)−η Δt in 3600 Q,

，其中：

  • Q 表示以安培小时为单位的容量。

  • SOCn 是第 n 个电芯的电荷状态。

  • η 是效率因子，放电时 η = 1，充电时 η ≤ 1。

最小值和最大允许值限制了电池包中所有电芯的荷电状态 (SOC)，因此

SOCmin≤SOCn(t)≤SOCmax.

该模块随后根据 SOC 计算电流限制值：

idischg,SOC,n=−3600⋅Q⋅(SOCn−SOCmin)Δtichg,SOC,n=−3600⋅Q⋅(SOCn−SOCmax)ηΔt

为了计算整个电池包的放电和充电电流，该模块使用以下方程：

idischg=max(imin,maxnidischg,SOC,n,maxnidischg,volt,n)ichg=min(imax,minnichg,SOC,n,minnichg,volt,n)

最后，该模块会计算预测时段内的充放电功率限制 Δt：

Pmax,dischg=Npmax(NsPmin,∑n=1Nsidischg(V0(SOCn(t)−idischgΔt3600 Q,T)−idischgRdischgDt))Pmin,chg=Npmin(NsPmax,∑n=1Nsichg(V0(SOCn(t)−ichgηΔt3600 Q,T)−ichgRchgDt))

其中 Np 表示并联模组的数量，Ns 表示串联模组的数量。

假设与限制

在电池充电过程中，电流和功率均为正值。

示例

估计电池模组的最大充放电功率

估计电池模组的最大充放电功率

此示例演示了如何使用 Battery Power Estimator 模块估计电池模组的最大充电和放电功率。

端口

输入

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一个或多个电芯的电荷状态，指定为标量或向量，其各元素值在 [0,1] 范围内。该输入端口的尺寸必须与 CellTemperature 输入端口的尺寸以及串联模组数，Ns 参数的值相等。

电芯温度，单位为开尔文或摄氏度，对于单个电芯指定为标量，对于多个电芯指定为向量。该输入端口的尺寸必须与 CellSOC 输入端口的尺寸以及串联模组数，Ns 参数的值相等。

输出

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在预测时段内电池的最大放电功率，单位为瓦特。

在预测时段内为电池充电的最大功率（单位：瓦特）。

参数

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要以交互方式编辑模块参数，请使用属性检查器。在 Simulink® 工具条的仿真选项卡上的准备图库中，选择属性检查器。

电池

电荷状态分界点的向量，用于定义您指定查找数据的点。该向量的元素必须严格按升序排列。该模块根据 Cell capacity, AH (A*Hr) 参数中指定的电池额定容量，计算电荷状态值。SOC 是可用电池电量 q battery 与标称电池容量 q nom(T,n) 之比。在对循环次数 N 为 1 且 δAH(n = 1, Tfade) 为 0 的新电池进行建模时，请确保对于每个温度值，SOC 值为 1 代表 Cell capacity, AH (A*Hr) 参数中相应元素的电池充电容量：

SOC=qbatteryqnom(T,n)  for N=1 and δAH(n,Tfade)=0,  qnom(T,n)=AH.

温度分界点向量，用于定义您指定查找数据的点。该向量必须严格递增且大于 0 K。此参数的物理单位必须与 CellTemperature 输入端口的物理单位一致。

在指定 SOC 状态下，查阅基本电池模型两端开路电压的电压值数据。该矩阵的行数等于荷电状态值向量，SOC (-) 参数的大小。该矩阵的列数等于温度向量，T 参数的大小。

在Δt 秒的脉冲期间的充电电阻。该矩阵的行数等于荷电状态值向量，SOC (-) 参数的大小。该矩阵的列数等于温度向量，T 参数的大小。

在Δt 秒的脉冲期间放电。该矩阵的行数等于荷电状态值向量，SOC (-) 参数的大小。该矩阵的列数等于温度向量，T 参数的大小。

电芯的容量，单位为安培小时。该模块通过将累积电荷除以该值来计算荷电状态。该模块通过积分电池电流来计算累积电荷。

电池包内串联模组的数量。

电池包内并联连接的模组数量。

充电效率比。

限制

电池电芯的最低电压，单位为伏特。该参数的值必须小于最大电芯电压 (V) 参数的值。

电池电芯的最大电压，单位为伏特。该参数的值必须大于最小电芯电压 (V) 参数的值。

电池电芯的最低电荷状态。该参数的值必须小于 Maximum state of charge, SOCmin(-) 参数的值。

电池电芯的最大电荷状态。该参数的值必须大于 Minimum state of charge, SOCmax(-) 参数的值。

电池包的最小电流，单位为安培。该参数的值必须小于最大电池包电流 (A) 参数的值。如果将此值设置为 -inf，该模块将忽略此参数。

电池包的最大电流，单位为安培。该参数的值必须大于最小电池包电流 (A) 参数的值。如果将此值设置为 inf，该模块将忽略此参数。

电池电芯的最小功率，单位为瓦特。该参数的值必须小于最大电芯功率 (W) 参数的值。如果将此值设置为 -inf，该模块将忽略此参数。

电池电芯的最大功率，单位为瓦特。该参数的值必须大于最小电芯功率 (W) 参数的值。如果将此值设置为 inf，该模块将忽略此参数。

该模块用于计算电池包最大充放电功率能力所需的时间（单位：秒）。

信号属性

自 R2025a 起

选择模块算法的数据类型的选项，指定为以下值之一：

  • 继承: 自动 - 您可以采用 single 和 double 两种精度仿真模块。您必须以 single 或 double 的形式明确提供输入和参数。

  • double - 模块算法将所有输入和参数转换为 double 数据类型。

  • single - 模块算法将所有输入和参数转换为 single 数据类型。

  • <数据类型表达式> - 模块算法将所有输入和参数转换为您指定的数据类型对象。

点击显示数据类型助手按钮 以显示数据类型助手，它可以帮助您设置数据类型属性。有关详细信息，请参阅使用数据类型助手指定数据类型和控制信号的数据类型。

参考

[1] Plett, Gregory L. Battery Management Systems. Volume II, Equivalent-Circuit Methods. Norwood, MA: Artech House, 2015.

扩展功能

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C/C++ 代码生成
使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

版本历史记录

在 R2024b 中推出

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另请参阅

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