电池建模

设计电池驱动系统时对电池进行建模

电池模型已成为设计电池驱动的系统时不可或缺的工具。它们的用途包括电池表征、荷电状态 (SOC) 和健康状态 (SOH) 估计、算法开发、系统级优化以及电池管理系统设计的实时仿真。

在系统级开发和控制应用中,基于等效电路的电池模型因相对简单而成为首选。工程师们使用等效电路对电池的热和电行为进行建模,根据实验数据,利用优化方法对模型非线性元素进行参数化。

带有三个不同时间常数、内阻和开路电压的电池的等效电路。

电池表征

开发精确电池模型的第一步是构建等效电路并将其参数化,以反映电池的非线性行为以及与温度、SOC、SOH 及电流的相关性。这种相关性因电池的化学原理不同而有所差异,需要采用与控制器所针对的电池电芯完全同类的电芯上的测量数据来确定。示例电池模型可从 MATLAB Central 下载。

NMC 锂离子电池脉冲电流(中间)放电的电压响应(上方),以及相应的荷电状态(下方)。

SOC 估计

电池模型的一种常见应用是开发 SOC 估计算法。开路电压 (OCV) 测量和电流积分(库仑计数)可以进行较为准确的 SOC 估算。但是,要想估计具有平缓 OCV-SOC 放电特征的现代化学电池的 SOC,则需要使用不同的方法,例如卡尔曼滤波

电池老化

受使用寿命和充放电循环影响,电池会日益老化,具体表现为储能逐渐损失,同时内阻增加。电池管理系统 (BMS) 需要适应这种变化才能有效控制电池的使用。借助电池模型,您可以在开发 BMS 时将老化问题考虑在内。

锂电子电池的逐步老化,表现为开路电压 (Em) 变化很小的情况下,内阻 (R0) 和时间常数(τ1、τ2、τ3)不断增加。

实时仿真

BMS 硬件在环测试是电池模型的另一常见应用。针对系统级设计构建的电池模型可以在实时仿真时重用。

有关电池建模的更多信息,请参阅以下关于 MATLAB® Simulink® 产品的示例、网上研讨会和会议论文。

使用 Simulink 开发电池管理系统

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