電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能裝置建模

在 PCIM，Yasser Ghoulam，研究工程師和博士。INSA Strasbourg 的候選人和 Mersen 的研發(fā)/創(chuàng)新經(jīng)理 Thomas Fouet 報(bào)告了有關(guān)儲(chǔ)能的最新消息。儲(chǔ)能是電動(dòng)汽車(chē)(EV) 動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題，而電池作為主要能源之一發(fā)揮著關(guān)鍵作用。因此，出于設(shè)計(jì)目的，需要可切換的電池模型。

電池表現(xiàn)出非線(xiàn)性行為，該行為取決于許多因素，包括化學(xué)性質(zhì)、溫度和負(fù)載曲線(xiàn)電荷。通過(guò)使用不同的方法和技術(shù)，可以塑造電池的行為，并且電池模型越準(zhǔn)確，使用仿真軟件獲得的結(jié)果就越可靠。

Ghoulam 展示了一種使用真實(shí)數(shù)據(jù)評(píng)估等效電路模型參數(shù)的實(shí)用方法，以預(yù)測(cè)電池電壓充電狀態(tài) (SOC) 和比較器。

但是，隨著模型精度的提高，整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜度也隨之增加。電池被用作一組數(shù)百個(gè)電池，這增加了模型的復(fù)雜性。此外，一些影響，例如電池的溫差，不能忽略，必須正確建模。對(duì)于最佳設(shè)計(jì)建議，應(yīng)該在準(zhǔn)確性和復(fù)雜性之間進(jìn)行權(quán)衡。為了預(yù)測(cè)電池的性能，存在許多不同的模型，例如經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、模型等效檢查、電化學(xué)模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型。文獻(xiàn)中已經(jīng)介紹了各種具有不同復(fù)雜程度的電池模型。在 INSA Strasbourg 進(jìn)行的一項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)選擇了一個(gè)等效電路模型，該模型由兩個(gè)主要部分組成：（1）代表物理的靜態(tài)部分，

圖 1：電氣模型（來(lái)源：INSA）

圖 2：熱模型（來(lái)源：INSA）

多物理模型

多物理系統(tǒng)的建模需要不同物理域之間的耦合，例如電學(xué)和熱學(xué)。電力和能源交換在兩個(gè)域內(nèi)和之間進(jìn)行傳輸這一事實(shí)有一個(gè)共同點(diǎn)。越來(lái)越多的物理現(xiàn)象的整合導(dǎo)致系統(tǒng)具有越來(lái)越多的未知數(shù)，而解決方案需要對(duì)不同子模型的非線(xiàn)性方程系統(tǒng)進(jìn)行模擬。目標(biāo)是預(yù)測(cè)不同應(yīng)用領(lǐng)域中的存儲(chǔ)設(shè)備行為并識(shí)別模型參數(shù)。提出的多物理模型考慮了電池的電氣和熱效應(yīng)、實(shí)驗(yàn)電流和電壓輸入的電氣模型以及估計(jì)的電壓和 SOC 輸出。

該模型的特點(diǎn)是開(kāi)路電壓和內(nèi)阻取決于SOC和其他用于描述充放電過(guò)程中瞬態(tài)響應(yīng)的因素。

提出的熱模型考慮了功率損耗和環(huán)境溫度作為輸入，并給出了電池內(nèi)部溫度的估計(jì)。對(duì)于具有多個(gè)電芯的電池模塊，由于系統(tǒng)是線(xiàn)性的，因此可以使用疊加來(lái)預(yù)測(cè)熱性能。因此，電池單元的輸出溫度是所有電池單元消耗的輸入功率的貢獻(xiàn)之和。

圖 3：模型表征（來(lái)源：INSA）

圖 4：模型驗(yàn)證（來(lái)源：INSA）

為電池注入廣泛的頻率，以評(píng)估不同范圍內(nèi)的頻率行為。電化學(xué)和平衡分析儀用于表征存儲(chǔ)設(shè)備并對(duì)其電氣行為進(jìn)行建模。阻抗計(jì)用于測(cè)量作為奈奎斯特平面中頻率函數(shù)的阻抗變化。模型在頻域和時(shí)域方面的驗(yàn)證證明了該方法的有效性和模型的性能。第二種方法，也是一種可靠的尋找參數(shù)的方法，是優(yōu)化。MATLAB 優(yōu)化工具箱用于定義允許最佳擬合的參數(shù)，最大限度地減少實(shí)驗(yàn)和模擬數(shù)據(jù)之間誤差的含義。

Infi-Cell

Mersen 是一家全球性的先進(jìn)材料和煤電公司，包括保險(xiǎn)絲等電氣保護(hù)和電容器、冷卻、冷卻板和總線(xiàn)等電源管理解決方案。

儲(chǔ)能技術(shù)在降低成本和重量以及提高安全性方面具有挑戰(zhàn)性。安全是非常重要的一點(diǎn)，因?yàn)槲覀儜?yīng)該能夠消除熱失控風(fēng)險(xiǎn)并提供不同的解決方案，包括最佳互連總線(xiàn)。

隨著電動(dòng)汽車(chē)和電池儲(chǔ)能應(yīng)用的數(shù)量和功率密度不斷增加，設(shè)計(jì)人員一直在尋求減少電池組件的占地面積，同時(shí)不影響其電源系統(tǒng)的效率或模塊化。

圖 5：Infini-Cell 電池組裝解決方案（來(lái)源：Mersen）

與傳統(tǒng)的電池互連解決方案不同，美爾森激光焊接機(jī)接口可確保電池單元與層壓母線(xiàn)的高速高效連接。發(fā)言人強(qiáng)調(diào)，這種方法比傳統(tǒng)的線(xiàn)/帶插入和焊接快 4 倍以上。疊層母線(xiàn)為超薄單層，觸點(diǎn)交錯(cuò)。匯流條也是一種“智能”匯流條，這意味著它不僅可以為電池供電，還可以根據(jù)需要監(jiān)控電池的溫度和電壓。匯流條還消除了接線(xiàn)錯(cuò)誤，并在電動(dòng)汽車(chē)安裝中提供了額外的抗沖擊和振動(dòng)強(qiáng)度。

審核編輯：湯梓紅