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Este modelo es un modelo de gestión térmica de un paquete de baterías para automóviles. Un paquete de baterías (PACK) consta de varios módulos de batería que están conectados en serie y en paralelo para formar un PACK. Cada celda de la batería se modela utilizando el bloque eléctrico Simscape de batería (basado en tablas). En este modelo, todas las baterías tienen la misma temperatura inicial y estado de carga (SOC). Cuatro módulos de batería, tres similares y uno diferente, están conectados en serie para simular un paquete de baterías. Los resultados de este ejemplo asumen una temperatura ambiente inicial igual a 25 grados centígrados. El subsistema de control de refrigerante se usa para determinar el flujo de refrigerante del paquete de baterías.
1. Resumen del modelo
2. Parámetros y Entradas
Para crear un nuevo módulo de batería utilizando este modelo, primero especifique el número de baterías en serie y en paralelo. Luego, especifique el tipo de batería para todas las celdas seleccionando una de las siguientes opciones en el parámetro "Seleccionar tipo de batería" del módulo de batería:
Bolsa (tipo bolsa)
Can (puede escribir)
Cilíndrico compacto
cilíndrico regular
Este ejemplo utiliza una batería de bolsa. Los módulos A, B y C constan de 5 celdas conectadas en serie y 2 celdas conectadas en paralelo. El módulo D consta de seis celdas en serie y dos celdas en paralelo.
Dos puertos de salida, SOC y Temp, indican el estado de carga y la temperatura de cada batería en el módulo. El puerto térmico Amb se utiliza para definir la temperatura ambiente en la simulación. Los puertos eléctricos pos y negativo definen los polos positivo y negativo de la batería, respectivamente. Dos puertos de entrada, FlwR y FlwT, definen el control de flujo de refrigerante de la batería y la temperatura de entrada al módulo.
La siguiente imagen muestra ejemplos de configuraciones de batería de bolsa y lata.
Los siguientes diagramas muestran baterías en configuraciones cilíndricas regulares y cilíndricas compactas:
Los parámetros del módulo de batería son los siguientes:
Vector de temperaturas, T — Temperaturas que tabulan los datos característicos de la batería o del módulo en función de la temperatura, especificada como un vector.
Clasificación Ahr de celda única, línea de base : capacidad de la batería a la temperatura definida en el parámetro T del vector de temperatura, especificado como un vector.
Vector de valores de estado de carga, SOC : los parámetros eléctricos de la batería se definen como un vector en el rango de valores entre 0 y 1.
Vector de caudales de refrigerante, L : valor del caudal másico de refrigerante en el que se define la tabla de búsqueda de refrigeración de la batería. Este parámetro define la magnitud del parámetro de eficiencia de transferencia de calor del refrigerante y se especifica como un vector.
Sin voltaje de carga, V0 : valores de potencial de circuito abierto de la batería en diferentes valores de vector de estado de carga, SOC y vector de temperatura T, especificados como una matriz.
Resistencia terminal, R0 ——El vector del valor del estado de carga, el valor del estado de carga y el punto T del vector de temperatura del valor de la resistencia óhmica de la batería en diferentes estados, especificados como una matriz.
Resistencia de polarización : el valor del estado de carga del vector, el valor del estado de carga, la temperatura del vector y el punto T del valor de la resistencia de polarización en diferentes estados, expresado como una matriz.
Constante de tiempo — Constante de tiempo de valores de carga en diferentes vectores de estado, SOC y vectores de temperatura, puntos T, especificados como una matriz.
Masa térmica de la celda : la masa térmica de una sola celda, expresada como un escalar.
Conductividad térmica de la celda : conductividad en el plano de la celda para celdas en bolsa y enlatadas, o conductividad radial para celdas cilíndricas, especificada como un escalar.
Coeficiente de transferencia de calor al ambiente : valor del coeficiente de transferencia de calor, expresado como un escalar.
Número de celdas conectadas en serie Ns : número de cadenas en la serie, especificado como un número entero.
Número de celdas conectadas en paralelo Np : número de celdas de batería en paralelo en la cadena, especificado como un número entero.
Elija el tipo de celda : tipo de batería, especificado como bolsa, lata, cilíndrica compacta o cilíndrica normal.
Altura de celda : altura de celda, especificada como un escalar.
Ancho de celda : ancho de celda, especificado como un escalar.
Grosor de la celda : grosor de la celda de la bolsa o de las células enlatadas, especificado como un escalar.
Diámetro de celda : diámetro de celda cilíndrico regular o cilíndrico compacto, especificado como un escalar.
Número de celdas cilíndricas en línea recta —— El número de celdas de batería cilíndricas dispuestas en línea recta para empaque, expresado como un número entero.
Resistencia total accesoria : la resistencia que combina todas las resistencias en línea dentro del módulo, expresada como un escalar. Esta resistencia es la suma de la resistencia de la pestaña, la barra colectora, el cable y/o la soldadura de la unidad expresada como un escalar.
Balanceo de celdas : balanceo de celdas, especificado como Ninguno o Pasivo. En este ejemplo, este parámetro se establece en ninguno.
Tasa efectiva de transferencia de calor del refrigerante desde cada celda : calcula la resistencia térmica (W/K) de la transferencia de calor desde la celda de la batería al refrigerante, expresada como una matriz 3D de valores escalares. El tamaño de la matriz tridimensional depende del vector de temperatura, T, vector de flujo de refrigerante, L y parámetros NsxNp. El parámetro NsxNp es el número total de celdas de batería en el módulo. El enfriamiento de la batería se representa mediante una tabla de búsqueda o una matriz 3D de tamaño [T,L,Ns*Np], y los valores se calculan utilizando métodos 3D detallados, como la dinámica de fluidos computacional. El valor de esta matriz depende del diseño de hardware real del sistema de refrigeración o de la placa fría del módulo. Utilice los valores de entrada FlwR y FlwT para controlar el rendimiento de la placa fría.
Calor externo : entrada de calor externo a cada celda del bloque debido a los componentes térmicos ubicados cerca del bloque, especificados como un vector.
Vector de temperatura inicial de la celda — Temperatura inicial de la celda, especificada como un vector.
Vector del estado de carga inicial de la celda : el estado inicial de carga de la batería, representado por un vector.
Variación de clasificación Ahr de celda : vector de temperaturas, puntos T para cada celda, especificados como un vector de valores escalares. Si esta matriz se establece en 1, todas las celdas tienen la misma capacidad. El valor de la matriz de la celda se multiplica por el valor especificado en el parámetro Índice de Ahr de celda única, línea de base para calcular la capacidad real o el índice de Ahr de la celda.
Para definir el caudal y la temperatura del refrigerante de la batería, especifique estas entradas:
FlwR - Valor entre 0 y 1, especificado como escalar. Durante la simulación, se selecciona dinámicamente un valor de flujo apropiado utilizando el valor de entrada FlwR. El valor ingresado por FlwR define el flujo real en el módulo. En el parámetro L del vector de flujo de refrigerante, FlwR = 0 significa que no hay flujo y FlwR = 1 significa el valor de flujo máximo.
FlwT ——El valor positivo y negativo igual a la temperatura de entrada del refrigerante sumada a la temperatura ambiente. La entrada FlwT es +15, el puerto Amb es 273,15 K, luego la temperatura de entrada del refrigerante es igual a 273,15 +15 = 288,15 K. Si la entrada FlwT es -15 y Amb es 273,15 K, la temperatura de entrada del refrigerante es igual a 273,15-15 = 258,15 K
En este modelo, el paquete de baterías está compuesto por 4 módulos conectados en serie. Los tres primeros módulos son idénticos. El cuarto módulo con diferente número de baterías, Ns4 y eficiencia de refrigeración, coolerQ4, se define en el archivo ee_lithium_pack_cooling_ini.m. Todos los módulos tienen diferentes caudales de refrigerante. El bloque de división de flujo en el subsistema del paquete de batería determina el flujo a cada módulo de batería.
3. Descripción general del subsistema de control de refrigerante
El subsistema de control del refrigerante rastrea la temperatura mínima y máxima del paquete de baterías. Este subsistema calcula el flujo en función del valor máximo de la diferencia entre las temperaturas de celda más alta y más baja en el paquete de baterías, y la diferencia entre la temperatura más alta en el paquete de baterías y el valor en el puerto Amb. FlwR se establece en 1 para diferencias de 10 grados centígrados o más, de lo contrario se escala linealmente a cero, cuando no hay diferencia de temperatura entre diferentes celdas y la temperatura del paquete de baterías está muy cerca del valor establecido por el puerto Amb. En este ejemplo, la temperatura de entrada del refrigerante se define en la variable del espacio de trabajo coolantTemp en el archivo ee_lithium_pack_cooling_ini.M y es una constante.
4. Resultados de la simulación
Este ejemplo simula un perfil de conducción de 600 segundos. El índice de flujo aumenta a medida que aumenta la temperatura del paquete de baterías, lo que resulta en un mejor enfriamiento del paquete de baterías.
