构建带热效应的电池模组模型

在 MATLAB 中创建电池 Module 对象

本节介绍如何通过编程方式从 MATLAB® 命令行窗口生成电池 Module 对象。

创建 Cell 对象

要创建电池 Module 对象，请先创建一个软包格式的 Cell 对象。

通过 PouchGeometry 对象，可以定义电池电芯的软包几何排列。要创建 PouchGeometry 对象，请使用 batteryPouchGeometry 函数，并将电芯高度指定为第一个参量，电芯长度指定为第二个参量，并使用名称-值参量 TabLocation 指定选项卡位置。

pouchGeometry = batteryPouchGeometry(simscape.Value(0.1,"m"),...
    simscape.Value(0.3,"m"),TabLocation="Opposed" );

有关电池电芯可能的几何排列的更多信息，请参阅 CylindricalGeometry 和 PrismaticGeometry 文档页。

现在，使用 PouchGeometry 对象可创建软包电池电芯。

pouchCell = batteryCell(pouchGeometry)

pouchCell = 
  Cell with properties:

            Geometry: [1×1 simscape.battery.builder.PouchGeometry]
    CellModelOptions: [1×1 simscape.battery.builder.CellModelBlock]
                Mass: 0.1000 (kg)
            Capacity: 5 (A*hr)
              Energy: 50 (W*hr)

Show all properties

有关更多信息，请参阅Cell文档页。

通过 Cell 对象，可以使用简单的一维模型仿真电池电芯的热效应。要仿真电池电芯的热效应，请在 Cell 对象的 CellModelOptions 属性的 BlockParameters 属性中，将 thermal_port 属性设置为 "model"，将 T_dependence 属性设置为 "yes"。

pouchCell.CellModelOptions.BlockParameters.thermal_port = "model";
pouchCell.CellModelOptions.BlockParameters.T_dependence = "yes";

只有事先在电芯级别定义了热模型，才能定义电池并联组件和模组的热边界条件。

创建 ParallelAssembly 对象

并联组件包括多个电池电芯，这些电池电芯在特定的拓扑配置或几何排列下电连接成并联。在此示例中，您要创建一个由三个软包电芯组成的并联组件。

要创建 ParallelAssembly 对象，请使用 batteryParallelAssembly 函数。将 Cell 对象定义为第一个参量，并将并联电芯数定义为第二个参量。

parallelAssembly = batteryParallelAssembly(pouchCell,3,...
     ModelResolution="Detailed");

有关更多信息，请参阅ParallelAssembly文档页。

创建 Module 对象

现在，您已经拥有创建电池模组的所有基本元素。电池模组由多个串联的并联组件组成。在此示例中，您将创建一个由 14 个并联组件组成的电池模组，每个组件之间的间隙为 0.005 米。您还可以定义模组的模型分辨率。

要创建 Module 对象，请使用 batteryModule 函数。将 ParallelAssembly 对象定义为第一个参量，并将串联的并联组件数定义为第二个参量。要指定其他属性，请使用名称-值参量 InterParallelAssemblyGap 和 ModelResolution。

module = batteryModule(parallelAssembly,14,...
    InterParallelAssemblyGap=simscape.Value(0.005,"m"), ...
    ModelResolution="Detailed");

有关更多信息，请参阅Module文档页。

定义热边界条件

对于 Module 对象，您可以使用 AmbientThermalPath、CoolantThermalPath 和 CoolingPlate 属性定义到环境、冷却液和冷却板的位置的热路径。

定义环境热路径

要定义环境的热路径，请将 AmbientThermalPath 属性设置为 "CellBasedThermalResistance"。设置该属性会自动将其值传播给该模组对象内的所有子组件电池对象。但是，这一更改不会传播到 MATLAB 工作区中的其他电池对象。

module.AmbientThermalPath = "CellBasedThermalResistance";

该命令将一个 Thermal Resistor 模块添加并连接到电芯模型中的每个热端口。所有电阻器的其他热端口都连接到一个热节点。然后，您可以将该热节点与恒温源或 Simscape 库中的其他模块连接起来。

定义冷却液热路径

要定义从电芯到冷却液的热路径，请将 CoolantThermalPath 属性设置为 "CellBasedThermalResistance"。设置该属性会自动将其值传播给该模组对象内的所有子组件电池对象。但是，这一更改不会传播到 MATLAB 工作区中的其他电池对象。

module.CoolantThermalPath = "CellBasedThermalResistance";

该命令将一个 Thermal Resistor 模块添加并连接到电芯模型中的每个热端口。所有电阻器的其他热端口都连接到一个热节点。然后，您可以将该热节点与恒温源或 Simscape 库中的其他模块连接起来。您可以为每个热阻单独设置不同的值。

您可以使用 Thermal Resistor 模块捕获与电芯、热界面材料以及通向冷却液的路径上的其他材料相关的传导电阻。如果您为电池模组定义了冷却系统（例如冷却板），则 Thermal Resistor 模块的另一个热端口将连接到热节点连接器数组。

定义冷却板位置

要定义电池模组上的冷却板位置，请将 CoolingPlate 属性设置为 "Top" 或 "Bottom"。设置该属性会自动将其值传播给该模组对象内的所有子组件电池对象。但是，这一更改不会传播到 MATLAB 工作区中的其他电池对象。

module.CoolingPlate = "Bottom";

此命令将电池模组中每个电池模型的每个热节点连接到热节点连接器数组中的相应元素。如果您还启用了 CoolantThermalPath，则软件会在每个电池模型与其在热节点数组中的对应元素之间添加热阻。

热节点数组在模组级别以单个连接器的形式暴露，但实际上是多维的。您只能将一个热节点数组连接到另一个相同大小的热节点数组。您可以从 Simscape Battery 库中添加一个冷却板模块作为散热器。

为了方便多维热域连接，您可以使用 Module 对象的 ThermalNodes 属性作为冷却板模块的输入。您可以通过访问 ThermalNodes 属性来查看底层电芯模型的热节点数量、尺寸和位置。

disp(module.ThermalNodes);

       Top: [1×1 struct]
    Bottom: [1×1 struct]

可视化电池模组并检查模型分辨率

要获得用于电池包仿真的 Simscape Battery(Table-based) 模块的数量，请使用 Module 对象的 NumModels 属性。

disp(module.NumModels);

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要在构建系统模型之前可视化电池模组并查看其模型分辨率，请在要可视化模组的位置创建图形，然后使用 batteryChart 函数。要查看模组的模型分辨率，请将名称-值参量 SimulationStrategyVisible 定义为 "On"。

f = figure(Color="w",Position=[0,0,1000,500]);
tl = tiledlayout(1,2,"Parent",f);
nexttile(tl)
moduleChart1 = batteryChart(tl,module); 
nexttile(tl)
moduleChart2 = batteryChart(tl,module,SimulationStrategyVisible="On");

有关更多信息，请参阅batteryChart文档页。

为电池模组对象构建 Simscape 模型

创建电池对象后，需要将其转换为 Simscape 模型，以便在模块图中使用。然后，您可以将这些模型作为参考，用于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。

要创建一个包含本例中创建的 Module 对象的 Simscape Battery 模型的库，请使用 buildBattery 函数。

buildBattery(module,LibraryName="moduleBTMSExample",Verbose="off");

此函数在工作目录中创建一个名为 moduleBTMSExample_lib 的库。该库包含您的 Module 和 ParallelAssembly 对象的 Simscape 模型。

要构建更详细的电池包模型，请参阅用软包电芯构建电池包的详细模型示例。

有关带冷却液热路径的电池热效应模型的应用，请参阅 在电动车辆充电和放电过程中保护电池 示例。

在电池构建器中探索电池模组并构建模型

在此示例中，您通过在 MATLAB 命令行窗口中调用相关对象和函数，以编程方式创建了电池模组及其所有子组件。另外，如果您喜欢互动性和可视化性更强的方法，也可以使用 Battery Builder。使用此 App，您可以交互式地导入现有的电池对象或从头构建电池对象，探索和编辑属性，以及查看电池层次结构和三维可视化。然后，您就可以构建对象的 Simscape 系统模型，并将其用作仿真中的参考。您还可以导出工作区中的对象。要了解如何使用电池构建器生成电池对象和构建 Simscape 模型，请参阅 电池构建器快速入门 示例。

探索您在本例中创建的电池模组。打开电池构建器。在 App 选项卡的 Simscape 下，点击电池构建器图标。您也可以从命令行打开该 App：

batteryBuilder

从 moduleBTMSExample MAT 文件中导入电池包对象。在电池构建器选项卡下，在工具条的导入部分中，点击导入。然后点击从 MAT 文件导入，并加载 moduleBTMSExample MAT 文件。

电池构建器现在由一个 Module 对象及其每个子组件组成。

应用左侧的电池浏览器面板包含应用当前活动会话中的所有电池对象。您可以选择一个对象，在已选电池选项卡中将其可视化，在电池层次结构面板中检查其层次结构和子对象，并在 App 右侧的属性面板中编辑其属性。

您可以在电池图选项卡下编辑图的属性，如坐标轴标签、坐标轴方向、图的标题和灯光。您还可以检查所选电池对象的当前仿真策略和模型分辨率。要在图中可视化仿真策略，请在工具条的仿真策略部分选中可见框。

最后，如果您修改了电池对象，并希望创建更新后的 Module 对象的库模型，请在工具条的电池构建器选项卡下的库部分中，点击创建库。在新窗口中，指定要保存库的文件夹、库名称，以及是否使用数字值或变量名称作为封装参数和封装初始目标。

点击创建库，在指定文件夹中生成电池对象的更新库模型。打开此模型，即可访问电池对象（作为 Simscape 模块），您可以在早期开发阶段、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，将其作为架构评估的起点。