在Romeo Power，我们设计了电池组和电池技术，以使我们的客户能够生产更高效的电动汽车，并实施可扩展的储能系统。在他们为下一个产品选择我们的电池组之前，我们的客户需要知道电池组在全系列预期运行条件下的性能包括各种温度和充电状态。使用硬件原型评估电池组性能既慢又昂贵，因此我们依靠模拟来确保最小化硬件测试。
MATLAB建模与仿真®,仿万博1manbetx真软件®， Simscape™比构建物理原型更快、更安全、成本更低。我们可以在不运行整个系统的情况下，找出适用于特定设计的算法或收费方法。我们可以测试在真正的电池上测试困难或危险的场景，并针对特定的应用和使用情况优化设计。模拟经常揭示在系统级测试中遗漏的错误。此外，我们的客户可以使用我们的模型来评估他们的电动汽车或商业和住宅储能系统的电池组和电池管理系统(图1)。
图1所示。用于叉车的48V锂电池组。
利用参数估计描述和建模单个细胞
为了模拟一个电池，我们需要描述它的特性——在不同的温度和充电状态下，它在初始和多次充放电循环后的表现。我们进行了广泛的测试，包括开路电压(OCV)和混合脉冲功率表征(HPPC)测试，使用热室改变电池温度以覆盖感兴趣的操作范围。我们记录在每一个老化里程碑之后的不同充电状态下的容量和阻抗的变化，例如，在每200个充放电周期之后。
我们将测量数据导入MATLAB并进行参数估计，以找到等效电路模型的开路电压、电阻和电容值，该电路模型是我们在Simulink中使用Simscape电压源、电阻和电容块构建的(图2)。万博1manbetx
图2.为使用Simscape块进行参数估计而开发的等温3-RC等效电路。Em =开路电压，R =电阻，C =电容。
参数估计包括计算等效电路参数，以将仿真结果与实验测量结果相匹配。我们从给定的等效电路拓扑和一组初始参数猜测开始。MATLAB优化函数计算参数值，以最小化仿真和实验之间的差异nt。在所有感兴趣的温度下重复这些步骤，以逐列填充查找表。我们使用在电池老化时收集的数据重复参数估计，在每个老化里程碑处为电池创建其他查找表。
作为生命开始(BOL)参数估计的结果，每个等效电路元件将有一个二维查找表，列表示温度，行表示电荷状态。图3显示了一个查找表示例，其中内阻R0显示为SOC和温度的函数。
图3.由参数估计得出的查找表的可视化，显示了内阻作为电荷状态和温度的函数。
为了验证参数化模型，我们对其进行仿真，在MATLAB中绘制仿真结果，并与电池测试结果进行对比(图4)。
图4：电动汽车应用的一天动力驱动模拟（基于单个电池）。从上到下:模拟电压(红色)和测量电压(蓝色)、电流和电荷状态。
创建多单元模型
为了创建一个完整的电池组或模块，我们将单个电池模型串联或并联，然后并联或串联（图5）。
图5.从上到下：电池组模型、并联连接的串、串联连接的单个电池、等效电路和示例查找表块（R0）。
我们在单个细胞之间插入对流传热块，以考虑热效应。在模拟过程中，我们监控单个单元的温度、SOC和电压，以及整个模块的温度、电压和电流。通过修改字符串数量或每个字符串中的单元格数量，我们可以快速评估不同的配置，并为特定应用程序确定最佳配置。
我们根据自己的需要或客户的需要调整模型的保真度。我们使用低保真度模型为需要定制设计的新客户生成初始设计报告，或者当现有产品框架无法用于执行系统大小调整和初步分析时生成初始设计报告。我们使用高保真模型进行产品验证、电池平衡、开发状态估计和充电器控制算法、硬件在环测试以及集成到车辆平台。
与客户分享模型
我们的许多客户运行他们自己的模拟，以验证尺寸或查看特定电池组在其设计中的工作方式。例如，开发电动汽车的公司可能希望将电池模型与汽车模型集成，并针对不同的驾驶模式运行车辆级模拟。
汽车模型，甚至是驾驶资料，通常包含专有信息，就像我们自己的电池模型。为了解决这个问题，我们开发了黑盒子版本的电池组模型。我们从原始模型生成代码，并基于编译后的代码创建新的Simulink模型。万博1manbetx我们的客户可以完全控制初始条件的设置，如初始SOC、初始电池温度、冷却剂温度和传热系数(图6)。
图6。上图:客户电池组模型。下:设定模型参数和初始条件的界面。
我们预计，安全、经济、可靠的电池需求将不断增长，以满足电动汽车行业的需求。通过在MATLAB和Simulink中建模和仿真，我们可以快速探索广泛的单元配置，万博1manbetx并在性能、重量、体积或散热要求方面优化系统架构。
