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电池构建器快速入门

打开实时脚本

此示例说明了如何使用电池构建器互动创建具有热效应的电池包，并构建可作为仿真起点使用的 Simscape™ 模型。

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。

电池包的层次结构

要创建电池包的系统模型，必须先创建构成电池包的 Cell、ParallelAssembly、Module 和 ModuleAssembly 对象。根据规格创建电池包后，您可以构建电池包，在工作文件夹中生成一个库，该库包含此电池包的系统模型模块。您可以在仿真中将此系统模型用作参考。

下图以自下而上的视图显示电池包对象的层次结构：

电池包由多个模组组件组成。这些模组组件又由多个串联或并联的电池模组组成。电池模组由多个并联组件组成，这些组件又由多个电池电芯以特定的拓扑结构或几何排列方式并联连接而成。

打开电池构建器

打开 Battery Builder。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;

该 App 会自动加载一些示例对象，您可以探索这些对象，立即获得对 App 功能的一些直观了解。您可以查看这些对象的属性，但无法修改它们。

电池构建器包括六个主要组件，分为四个面板和两个选项卡。

  • 电池浏览器 - App 当前活动会话中的电池对象。此面板显示您在 App 中创建或导入的所有对象。要编辑对象的属性或可视化其层次结构或三维绘图，必须先从该面板中选择该对象。

  • 电池层次结构 - 选定电池对象的层次结构。此面板显示对象的所有子组件。在此面板中选择任何对象，相应的面板中就会显示其三维图和属性。

  • 选定的电池 - 选定的电池对象的三维可视化。要修改此面板的可视化设置，请使用电池图选项卡中的选项。

  • 电池属性 - 选择电池对象的属性。此面板显示对象的所有只读和可编辑属性。每个电池对象都有自己的属性。

  • 电池构建器 - 包含该 App 主要功能的选项卡。使用此选项卡中的按钮可导入、创建、删除、复制、导出和构建电池对象。

  • 电池图 - 包含三维电池图显示选项的选项卡。在此选项卡中，您可以编辑属性，例如轴标签、轴方向、图标题和灯光。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。

创建电芯

要创建 Pack 对象，首先创建一个具有软包几何形状的 Cell 对象。电化学电池电芯是制造大型电池系统的基本模块。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结构或几何排列方式排列电池电芯。

为了反映现实世界中的行为，Simscape Battery™ Cell 对象是创建电池包系统模型的基础元素。要创建一个 Cell 对象，在工具条的电池构建器选项卡下的创建部分中，选择电芯。

左侧的电池浏览器面板现在包含 Cell 对象。

要开始，您必须先为该电芯定义一个软包几何形状：

  1. 在 App 左侧的电池浏览器面板中选择 NewCell 对象。现在，App 右侧的属性面板显示了其所有属性。

  2. 在右侧的电芯属性面板中，在几何形状部分，将 Geometry 属性设置为 Pouch。

通过此操作，您创建了一个 PouchGeometry 对象，并将其链接到 Cell 对象。电芯属性面板的几何形状部分现在显示与软包几何形状相关的属性。

在此示例中，您将创建一个高度为 0.1 米、长度为 0.3 米、带有相对选项卡的软包电芯。在电芯属性面板的几何形状部分，相应地编辑 Length、Height 和 TabLocation 属性。

您还可以使用简单的一维模型对电池电芯的热效应进行仿真。在电芯属性面板中，展开电芯模型选项部分。此部分中的属性取决于您在 CellModelBlockPath 属性中指定的电芯模块。电池构建器将您正在定义的电池 Cell 对象与用于 Simscape 仿真的 Simscape 电芯模型模块链接起来。Simscape 电芯模型模块可以是 Battery (Table-Based) 模块、Battery Equivalent Circuit 模块或具有特定要求的自定义模块。

默认情况下，Cell 对象使用 Battery (Table-Based) 模块作为 Simscape 电芯模型模块。然后，在电芯模型选项部分中的属性定义了控制电芯模块组件成员（如参数、变量、节点、输入和输出）可见性的条件参数。有关默认 Battery (Table-Based) 模块的这些条件参数的详细信息，请参阅 BlockParameters。

要仿真电池电芯的热效应，请在电池属性面板的电芯模型选项部分下，将 thermal_port 属性设置为 model，将 T_dependence 属性设置为 yes。thermal_port 属性定义了相关电芯模型模块的热端口的可见性。T_dependence 属性定义是否将电池参数按温度分列。只有在电芯级别定义了热模型，才能为电池对象定义热边界条件。

最后，要应用更改，请点击应用。

选定的电池面板现在以三维可视化形式显示软包电池。

创建并联组件

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。

要创建 ParallelAssembly 对象，在工具条的电池构建器选项卡下的创建部分中，选择并联组件。

现在，您必须将 Cell 对象链接到此并联组件。在此例中，并联组件由三个软包电芯组成。

  1. 在并联组件属性面板的 ParallelAssembly 属性部分下，点击 Cell 属性的选择... 按钮。

  2. 在弹出的新窗口中，选择 NewCell 对象，然后点击确定。

  3. 在并联组件属性面板的并联组件属性部分下，将 NumParallelCells 属性设置为 3。

  4. 点击“应用”以应用更改。

NewCell 对象现在是该并联组件的子组件（或子组件）。应用更改后，您可以在电池层次结构面板中查看 ParallelAssembly 对象的层次结构。

所选电池面板现在显示并联组件的三维可视化图。

创建模组

电池模组由多个串联的并联组件组成。

要创建 Module 对象，在工具条的电池构建器选项卡下的创建部分中，选择模组。

现在，您必须将 ParallelAssembly 对象链接到此模组：

  1. 在模组属性面板的模组属性部分下方，点击 ParallelAssembly 属性的选择... 按钮。

  2. 在弹出的新窗口中，选择 NewParallelAssembly 对象，然后点击确定。

NewParallelAssembly 对象现在是该模组的子组件（或子组件）。应用更改后，您可以在电池层次结构面板中查看 Module 对象的层次结构。

在此示例中，该模组由 14 个并联组件组成，每个组件之间的间隙为 0.005 米。在模组属性面板的模组属性部分下方，将 NumSeriesAssemblies 属性设置为 14，并将 InterParallelAssemblyGap 属性设置为 0.005。

最后，要应用更改，请点击应用。

所选电池面板现在显示模组的三维可视化图。

创建模组组件

电池模组组件由串联或并联的多个电池模组组成。在此示例中，电池模组组件由两个相同的模组组成，每个模组之间的间隙为 0.1 米。默认情况下，ModuleAssembly 对象将模组电连接成串联。

要创建 ModuleAssembly 对象，在工具条的电池构建器选项卡下的创建部分中，选择模组组件。

现在，您必须将 Module 对象链接到此模组组件：

  1. 在模组组件属性面板的模组组件属性部分下方，点击 Module 属性的选择... 按钮。

  2. 在弹出的新窗口中，选择 NewModule 对象，然后点击两次添加 ，创建一个由两个相同模组组成的模组组件。

两个 NewModule 对象现在是该模组组件的子组件。应用更改后，您可以在电池层次结构面板中查看 ModuleAssembly 对象的层次结构。

现在指定模组之间的间隙。在模组组件属性面板的模组组件属性部分，将 InterModuleGap 属性设置为 0.1。

最后，要应用更改，请点击应用。

所选电池面板现在显示模组组件的三维可视化图。

创建电池包

现在，您已经掌握了创建电池包所需的所有基本元素。电池包由串联或并联的多个模组组件组成。在此示例中，您将创建一个由五个相同的模组组件组成的电池包，每个模组组件之间的间隙为 0.01 米。

要创建 Pack 对象，在工具条的电池构建器选项卡下的创建部分中，选择电池包。

现在，您必须将 ModuleAssembly 对象链接到此电池包：

  1. 在打包属性面板的打包属性部分，点击ModuleAssembly属性的选择... 按钮。

  2. 在弹出的新窗口中，选择 NewModuleAssembly 对象，点击添加五次，创建一个包含五个相同模组组件的包。

五个 NewModuleAssembly 对象现在已成为此包的子组件。应用更改后，您可以在电池层次结构面板中查看 Pack 对象的层次结构。

现在指定模组组件之间的间隙。在包属性面板的模组组件属性部分，将 InterModuleAssemblyGap 属性设置为 0.01。

最后，要应用更改，请点击应用。

已选电池面板现在可显示电池包的三维可视化图像。

定义热边界条件

对于 Pack 对象，您可以通过分别指定 AmbientThermalPath、CoolantThermalPath 和 CoolingPlate 属性来定义到环境空气、冷却液和冷却板的位置的热路径。

定义环境热路径

要定义通向环境空气的热路径，在包属性面板的热模型选项部分中，将 AmbientThermalPath 属性设置为 CellBasedThermalResistance。您设置的值会自动传播到该 Pack 对象中的所有子组件电池对象。但是，这一更改不会传播到电池构建器会话中的其他电池对象。

此命令将 Thermal Resistor 模块添加到电芯模型中的每个热端口并连接它们。所有电阻器的其他热端口都连接到一个热节点。然后，您可以将该热节点连接到恒温源或 Simscape 库中的其他模块。

定义冷却液热路径

要定义从电芯到冷却液的热路径，在电池组属性面板的热模型选项部分，将 CoolantThermalPath 属性设置为 CellBasedThermalResistance。您设置的值会自动传播到该 Pack 对象中的所有子组件电池对象。但是，这一更改不会传播到电池构建器会话中的其他电池对象。

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，您可以将该热节点连接到恒温源或 Simscape 库中的其他模块。您可以为每个热阻单独设置不同的值。您可以使用 Thermal Resistor 模块对电芯、热界面材料以及通向冷却液的路径上的其他材料的传导电阻进行建模。

如果您定义了冷却系统（例如电池模组的冷却板），软件将将 Thermal Resistor 模块的另一个热端口连接到热节点连接器数组。

定义冷却板位置

要定义电池包上的冷却板的位置，在电池包属性面板的热模型选项部分，将 CoolingPlate 属性设置为 Top 或 Bottom。或者，同时指定这两个选项。您还可以指定将哪个冷却板模块分配给 CoolingPlate 属性定义的边界上的 Pack 对象。将 CoolingPlateBlockPath 属性设置为 batt_lib/Thermal/Edge Cooling，以便在构建 Simscape 模型时自动分配 Edge Cooling 模块。

此属性的值会自动传播到此 Pack 对象内的所有子组件电池对象。但是，这一更改不会传播到电池构建器会话中的其他电池对象。

此命令将电池包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。

查看电池包的模型分辨率

要获得打包仿真使用的 Simscape Battery (Table-Based) 模块的数量，在打包属性面板的只读属性部分中，查看 NumModels 属性。

要查看电池组的模型分辨率，在工具栏的电池图选项卡下的仿真策略部分，选中可见框。

现在，在选定的电池面板中的三维图显示了 Pack 对象的仿真策略。该电池组为每个模组使用一个电气模型。

为电池 Pack 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，将这些模型作为架构评估的参考。

要创建一个包含在此示例中创建的 Pack 对象的 Simscape Battery 模型的库，在电池浏览器面板中，选择 NewPack 对象。然后，在电池构建器选项卡下，在工具条的库部分，选择创建库。

在新窗口中，指定要保存库的文件夹、库名称，以及是否要生成包含仿真所需的所有运行时参数和初始条件的脚本。您还可以通过设置详尽构建选项来控制命令行输出。

点击创建库在指定的文件夹中生成电池对象的库模型。打开此模型，以将电池对象作为 Simscape 模块进行访问。

要通过编程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。

另请参阅

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