主要内容

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Cell

制造单个电化学电池电芯

自 R2022b 起

说明

使用 Cell 构建一个电池对象,该对象代表单个电化学电芯。您可以将此对象作为输入传递给 ParallelAssembly 对象。

使用此对象的属性描述物理电池电芯的基本特性,并将该对象链接至 Simscape™ 电芯模型模块以进行 Simscape 仿真。该对象仅支持指定条件参数。创建模型后,您可以修改此模型模块的运行时参数,例如电池电芯电阻或电池开路电压。Simscape 电芯模型模块可以是 Battery (Table-Based) 模块、Battery Equivalent Circuit 模块,或者具有特定要求的自定义模块。有关更多信息,请参阅 CellModelBlock 对象的 CellModelBlockPath 属性。

您也可以选择直接使用内置的参数化方案之一对该对象进行参数化。此预参数化数据可让您设置对象,以代表特定供应商的组件。这些电池的参数化设置与制造商数据表中的放电曲线相匹配。

电化学电池电芯是制造大型电池系统的基本构建模块。为了获得所需的能量和电压水平,通常以电气方式将多个电池电芯并联和/或串联。为了满足电池包装和空间要求,您可以以多种不同的拓扑或几何排列方式排列电池电芯。为模拟真实世界行为,Simscape Battery™ Cell 对象是创建电池包系统模型的基础元素。通过使用 ParallelAssemblyModuleModuleAssemblyPack 对象,您可以将电芯模型模块并联和/或串联连接,并进行扩展以生成更大的电池系统模型。

在早期开发阶段、软件和硬件开发、系统集成和需求评估、冷却系统设计、控制策略开发硬件在环等许多应用中,都需要使用包模型进行架构评估。

电池电芯是一种电化学储能装置,利用存储的化学能提供电能。电芯有三种主要格式:

  • 圆柱形 - 电极层通常通过卷绕工艺卷制成卷芯。果冻卷随后被固定在由不锈钢或其他合适材料制成的坚固圆柱形罐内。圆柱形电芯具有良好的质量能量密度,且能有效抑制体积膨胀。要建模圆柱形电池电芯,请将 CylindricalGeometry 对象指定为 Geometry 属性。

  • 棱柱形 - 将卷绕或堆叠的电极层压入金属立方容器中。棱柱形电芯通常沿其高度方向或 z 轴方向进行冷却,该方向具有更高的导热性。要建模棱柱形电池电芯,请将 PrismaticGeometry 对象指定为 Geometry 属性。

  • 软包电池 - 将叠层电极与隔膜压制在金属化箔袋中。软包电芯组能比其他电芯组更充分地利用设备可用空间,但它们容易膨胀和分层。要建模一个软包电池电芯,请将 PouchGeometry 对象指定为 Geometry 属性。

要可视化电池 Cell 对象及其关联的几何形状,必须先通过 Geometry 属性指定一个几何形状对象。随后可通过 BatteryChart 对象绘制 Cell 对象,该对象基于世界坐标系在三维笛卡尔坐标系中显示对象。Cell 对象的高度与参考系的 z 轴对齐。

在系统仿真中,Geometry 电芯属性并非必需,除非在必须考虑详细热设计和电气设计的应用场景中。

创建对象

描述

注意

要快速创建 Cell 对象,请使用 batteryCell 函数。使用此函数,您无需导入命名空间、使用完整类名或在创建对象时仅处理名称-值参量。 (自 R2024a 起)

若要在不使用 batteryCell 函数的情况下创建 Cell 对象,请在 MATLAB® 命令行窗口中,每 MATLAB 会话至少执行一次以下命令:

import simscape.battery.builder.*; 
此对象的所有属性都以名称-值参量的形式公开。

myBatteryCell = Cell 创建一个具有默认属性值的单电池电芯。该对象与 Battery (Table-Based) 模块相关联。

myBatteryCell = Cell(Name=Value) 创建单个电池电芯,并通过一个或多个名称-值参量设置 属性。例如,myBatteryCell = Cell(Geometry=CylindricalGeometry,Mass=simscape.Value(1,"kg")) 创建了一个质量为 1 千克的圆柱形电池电芯。

示例

属性

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与特定电芯格式关联的电芯几何参数集,指定为 CylindricalGeometry 对象、PouchGeometry 对象或 PrismaticGeometry 对象。

用于仿真的电芯组件模型模块的条件参数,指定为 CellModelBlock 对象。默认情况下,电芯组件模型模块为 Battery (Table-Based) 模块。您也可以通过相应地设置 CellModelBlock 对象的 CellModelBlockPath 属性,来使用您自己的电芯组件模型模块。

电池电芯的质量,指定为 simscape.Value 对象,该对象表示具有指定计量单位的标量。该属性的值必须严格为正且小于 100 千克。

若直接使用正标量值设置此属性(而非通过 simscape.Value 对象),该对象会将值转换为 simscape.Value 对象,其物理单位为 kg

自 R2023a 起

电池电芯的容量,以 simscape.Value 对象形式指定,该对象表示单位为安培小时的标量。该属性的值必须严格为正。

若直接使用正标量值设置此属性(而非通过 simscape.Value 对象),该对象会将值转换为 simscape.Value 对象,其物理单位为 A*hr

注意

默认情况下,该值不会传递给该对象作为子组件所属的父对象所生成的电池模型。

要将该参数的值传递给生成的电池模型,请相应地设置 ForwardCapacityParameter 属性。 (自 R2026a 起)

自 R2023a 起

电池电芯的能量,指定为 simscape.Value 对象,该对象表示具有指定计量单位的标量。该属性的值必须严格为正。该值不会被传递到生成的电池模型中。

若直接使用正标量值设置此属性(而非通过 simscape.Value 对象),该对象会将值转换为 simscape.Value 对象,其物理单位为 W*hr

二维笛卡尔坐标系中电池电芯排列的优先堆叠方向,指定为 "X""Y"

下图显示了电池的全球坐标系。

电池电芯的空间位置在三维笛卡尔坐标系中,以实数且有限的向量形式指定。当您将 Cell 对象链接到父级电池对象(例如 ParallelAssembly 对象)时,父级对象会覆盖此位置。

电池电芯的名称,指定为字符串。

自 R2023a 起

要为其电池电芯设置参数的供应商名称,以字符串形式指定。要将参数化数据(如几何形状、质量、容量和能量)应用于您的电芯,请使用 applyCellDataFromPart 函数。

有关可用参数化的列表,请参阅 Simscape Electrical Part Collection (Simscape Electrical)

依赖关系

要启用此属性,必须将本电芯的 CellModelOptions 属性中指定的 CellModelBlock 对象的 CellModelBlockPath 属性设置为 "batt_lib/Cells/Battery(Table-Based)""batt_lib/Cells/Battery Equivalent Circuit"。换言之,此模块的电芯组件模型模块必须是 Battery (Table-Based) 模块或 Battery Equivalent Circuit 模块。

自 R2023a 起

预参数化电池电芯的零件编号,指定为字符串。您只能选择在 ParameterizationManufacturer 属性中指定的供应商可用的零件。要将参数化数据(如几何形状、质量、容量和能量)应用于您的电芯,请使用 applyCellDataFromPart 函数。

注意

Cell 对象通过将电池的比热设定为 900 J/kg/K 的值,来估计这些预参数化电池电芯的热容量。热容量等于制造商数据表中电池重量的 900 倍。

注意

applyCellDataFromPart 函数赋予 Capacity 属性的值取决于您为 ForwardCapacityParameter 属性设置的值。 (自 R2026a 起)

如果将 ForwardCapacityParameter 属性设置为 "None",并且指定了 ParameterizationManufacturerParameterizationPartNumber 属性,则 applyCellDataFromPart 函数会将 Capacity 属性的值更新为所指定零件编号的元数据值。元数据采用数据手册中规定的标称容量。

如果您将 ForwardCapacityParameter 属性设置为您要转发的容量参数的名称,并指定了 ParameterizationManufacturerParameterizationPartNumber 属性,则 applyCellDataFromPart 函数会将 Capacity 属性的值更新为在您指定的零件号数据表中选定的容量参数名称的值。该软件通过优化算法得出这些数据,因此更能真实反映电池的实际行为。

有关可用参数化的列表,请参阅 Simscape Electrical Part Collection (Simscape Electrical)

依赖关系

要启用此属性,请将 ParameterizationManufacturer 设置为除 "None" 以外的任何值。

自 R2026a 起

要转发到生成的电池模型中的容量参数的名称,指定为字符向量或字符串标量。如果将此属性设置为 "None",软件就不会将此 Cell 对象的 Capacity 属性值带入生成的电池模型中。

该属性的值必须与您在与该 Cell 对象关联的 CellModelBlock 对象的 CellModelBlockPath 属性中指定的模块的容量参数名称相匹配。有关如何获取参数名称的信息,请参阅 获取模块参数名称

例如,如果将“电池(基于表格)”模块用作该 Cell 对象的电池电芯模型模块,请将此属性设置为 "AH"。同样地,如果您将 Battery Equivalent Circuit 模块用作电芯模型模块,请将此属性设置为 "BatteryCapacity"

注意

如果将自定义电池组用作电芯模型模块,则容量参数必须为标量,且单位必须与安时 (Ah) 单位相容。

如果将 ForwardCapacityParameter 属性设置为 "None",并且指定了 ParameterizationManufacturerParameterizationPartNumber 属性,则 applyCellDataFromPart 函数会将 Capacity 属性的值更新为所指定零件编号的元数据值。元数据采用数据手册中规定的标称容量。

如果您将 ForwardCapacityParameter 属性设置为您要转发的容量参数的名称,并指定了 ParameterizationManufacturerParameterizationPartNumber 属性,则 applyCellDataFromPart 函数会将 Capacity 属性的值更新为在您指定的零件号数据表中选定的容量参数名称的值。该软件通过优化算法得出这些数据,因此更能真实反映电池的实际行为。

此 属性 为只读。

电池体积,以 simscape.Value 对象形式返回,该对象以体积为单位。

该参量的值代表包含电芯的长方体体积。对于采用软包几何形状的电芯,该长方体还包含电芯的极耳部分。对于具有圆柱形几何形状的电芯,该软件将直径的平方与高度相乘。

此 属性 为只读。

电池的累积质量,以 simscape.Value 对象形式返回,该对象以质量为单位。

此 属性 为只读。

用于仿真的电芯模型模块数量,返回为正标量。

此 属性 为只读。

电池电芯的几何形状,返回值为 "Pouch""Prismatic""Cylindrical"。该对象从 Geometry 属性中获取此属性值。

此 属性 为只读。

在仿真过程中使用或省略集总热质量模型的选项,返回值为 "omit""model"

自 R2023a 起

此 属性 为只读。

为指定供应商(位于 ParameterizationManufacturer 属性中)提供的所有参数化零件编号列表,以字符串向量形式返回。

自 R2023a 起

此 属性 为只读。

电池电芯参数化可用制造商列表,以字符串向量形式返回。

此 属性 为只读。

电池对象类型,返回值为 "Cell"

对象函数

applyCellDataFromPart将所选参数化方案中的数据应用到 Cell 对象上

示例

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创建一个具有圆柱形几何形状的 Cell 对象。

myBatteryCell = Cell(Geometry = CylindricalGeometry)

使电芯的半径加倍。

myBatteryCell.Geometry.Radius = 2*myBatteryCell.Geometry.Radius 

修改电芯的位置。

myBatteryCell.Position = [1 1 1]

使用 BatteryChart 对象可视化该电芯。

cellChart = BatteryChart(Battery = myBatteryCell)

创建一个具有圆柱形几何形状的 Cell 对象。

myBatteryCell = Cell(Geometry = CylindricalGeometry);

为电芯选择参数化方案。设置 ParameterizationManufacturerParameterizationPartNumber 属性。

myBatteryCell.ParameterizationManufacturer = "A123";
myBatteryCell.ParameterizationPartNumber = "ALM12V7";

使用 applyCellDataFromPart 函数应用参数化数据。

myBatteryCell = myBatteryCell.applyCellDataFromPart;

版本历史记录

在 R2022b 中推出

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