你好,每个人。我叫哈维尔Gazzarri MathWorks和我是一个应用程序工程师,专业从事电池系统的设计和分析,使用建模与仿真。我是一个机械工程师与布宜诺斯艾利斯大学的学士学位和英属哥伦比亚大学的硕士和博士学位。
七年前加入MathWorks之前,我曾多年加拿大政府研究低温燃料电池的燃料电池研究所神经支配国家研究委员会在温哥华,BC。现代电池系统,特别是基于锂离子化学需要仔细监测和控制的每一个细胞,以确保安全的操作,良好的性能,和可接受的耐久性。
这个任务是可信的电池管理系统衡量当前电压、温度和冷却的每个单元和控制,平衡和力量的元素,以及运营的断开断路器启动和关机。
这段视频显示了典型的电池管理系统任务的例子,如平衡、热分析和SOC估计。我们将从一个简单的模型三年1 p电池组架构,开始在低SOC和自动平衡。我们将展示模型如何模具物理设施和控万博1manbetx制器的电池组的均衡电路并提供结果的电和热性能。
其次,我们将展示如何非线性观测器能够跟踪的电荷状态的细胞。前面的示例中使用的同一单位细胞,用于这一个用于创建一个模型真正的植物。
在之前的视频中,我们展示了如何创建一个电池等效电路以及如何使用控制温度实验数据参数化它。我们看到每个评估过程的结果是一个向量的等效电路参数。不同级别的SOC的有不同的值。
重复估计过程在不同的温度下产生一个查询类型的矩阵,输出缴纳,电阻和电容的元素作为电荷状态和温度的函数。电池块部分以这种方式现在可以创建一个系统就像一个模型的架构反映了我们设计的需求和规范。
第一个例子,我们将与你分享今天反映BAMS的重要任务之一,细胞平衡。自行车电池最终导致单个细胞变得失去平衡。细胞内不同热量的效率这一问题,它是一个典型的原因,表现为不同SOC水平和不同的细胞。
这种情况是不可取的,因为它限制了总能量可以进入或离开电池组以来最弱的细胞限制的电荷量可以从整个系统。和最强大的细胞系统限制的程度可以充电的。
通常,平衡两种方法来完成。使用欺骗的方法,通常被称为被动平衡,多余的电荷从顶部的细胞是通过电阻连接流血
与每一个细胞。和使用一个修女消散方法,通常称为积极的平衡,一些细胞的过剩电荷重新分配其他细胞需要速度。
今天我们将看到被动平衡的一个例子。平衡系统的设计者决定何时平衡,在充电,放电期间,或两者兼而有之,在SOC范围的平衡。在这种情况下,我们会在整个SOC范围。
让我们看看模型结构。该仿真软件万博1manbetx模型使用Simscape组件来表示一个小电池,3 s 1 p拓扑,3细胞连接在系列,一个平行的字符串。电池组中心收到费用从左边的来源。
充电概要文件我们将展示在这里被称为CCCV充电,恒流,恒压。初始充电阶段之前的恒流控制的速度通常C / 2。一旦跨终端的电压测量达到额定满费用缴纳,值这个电压值的电压控制系统更改设置点。
充电继续直到当前达到预定的阈值较低。从电流电压控制与开关完成我们可以看到在左下角。在电池块,我们可以看到三个电池串联。向右,我们看到了平衡电路,其中包括流血电阻和晶体管,选择性地关闭旁路分支,根据相对电池的SOC。
适当时,电阻将充电电流的一部分,从而减缓细胞的收费率它们连接到允许细胞低于迎头赶上。命令的控制信号,MOSFET盖茨从右边的逻辑块,稍后我们将返回。
橙色块左边的细胞代表相邻细胞之间的对流换热。这些块连接到热的一部分,每一个细胞,导致热等效电路的一部分。热一代被认为是只有双重作用的结果。
热不对称连接由于底部的细胞是热绝缘一侧虽然顶部的细胞是通过对流换热块连接到大气中。潜水一个进一步的电池块,我们看到3 RC电路的参数我们发现使用Mollica关系技术在我们之前的视频解释。
每个元素都有温度和电荷状态的输入端口。的入口点是在这些输入,内部的二维查找带孔块。输出板从内部电阻对应于每个电阻器中的参与。
这种力量转化为内部热流源热块的热与热质量。让我们运行模型,看看它是如何工作的。情节在左上角显示的总电压和电流,在那里我们可以确定恒流和恒压时间。在右上角,我们SOC水平。
最初低和10%不同,他们慢慢地方法彼此增加直到他们的价值观接近,收费可以进行不平衡。图的左下角显示了电池温度的演化。温度增加通过的电流是不均匀的,因为每一个电阻是不一样的在每一个时刻可以观察到的范围。以及由于不对称热拓扑描述。
观察他们的结果,我们可以看到,虽然关注的最高温度不从安全的角度来看,很可能温度的差异将导致最热门的细胞降解速度比在较低的温度,加剧了不平衡。
这表明需要主动热管理保持尽可能低的温度差异。最后,让我们探索平衡控制的逻辑过程。Stateflow是一个添加库最重要的仿真软件,专门设计的模型状态逻辑算法。万博1manbetx
每一块代表状态期间,一些变量被分配到特定的值。在这种情况下,虽然输出信号给MOSFET盖茨。基于缴纳对应于每个单元格的值,并基于MATLAB函数来源相对SOC Stateflow决定哪个MOSFET激活慢下来的充电电池。
这里需要注意的是,缴纳是现成的,因为植物模拟。在实际应用程序中,缴纳应估计基于终端的电压测量修正估计内部电阻的电压降。
一旦stateflow逻辑实现的模拟,我们可以利用铁心自动生成的实现算法的硬件不需要重写算法在c。在第二个示例中,我们将看到另一个应用程序的单位细胞块,这次模拟循环充电放电概要文件在一个电池和非线性卡尔曼滤波器基于SOC估计方法。
准确估计SOC至关重要的宝马因为各种各样的原因。其中,药物里程焦虑。如果你驾驶电动车,你需要知道你需要多长时间必须充电电池。与传统的汽车油箱,其水平可以直接测量,电池的SOC无法衡量通过使用一种间接方法。例如,缴纳估计,库仑数,或两者的结合。
这些方法都有其缺点,有时他们不适用有效。例如细胞非常平坦的放电概要文件。估计电荷状态更先进的方法是使用一个观察者。通常情况下,卡尔曼滤波,得到电池的输入和输出信号,计算内部状态使用的电池模型和递归算法。
在这个例子中,我们使用无味卡尔曼滤波,一种非线性控制系统工具箱的估计量。我们需要一个非线性观察者因为缴纳和SOC之间的关系。UKF需要至少两个函数作为参数。状态转换和测量功能。
前描述了状态和输入之间的关系,和梯子收益率系统输出状态和输入的函数。这些函数可以用MATLAB仿真软件的功能模块和这个例子使用梯子。万博1manbetx状态转换函数计算的发展基于当前输入状态。
这个计算需要前面的等效电路参数的计算使用的温度和电流信号,经过非线性查找表,描述电池,我们估计在我们之前的视频。在这个街区有一个故障状态更新方程的四个州,即SOC,三个电压在RC组件。
度量函数计算终端电压是缴纳之间的差异和个体电压降的总和在等效电路的其余部分元素。不需要额外的功能,在这种情况下,因为测量功能和没有记忆。
运行模型,我们观察到电池受到选择充电和放电电流周期。SOC估计初始化在60%,尽管其实际值是50%。算法收敛于真实价值后大约两个小时的模拟时间。
最后,让我们来谈谈控制算法的硬件实现。所需的步骤来实现仿真软件算法硬件可嵌入C代码的生成。万博1manbetx我们可以做这个自动
从控制器使用了命令。这将把框图转化成C添加注释的代码双向导航。
在这个视频中,我们展示了如何创建一个模型电池系统的典型任务信任到电池管理系统。细胞平衡和SOC估计。中创建的单元电池之前的视频现在使用到不同的设计案例。物理建模库元素模型提供了一个直观的方法来创建电池电路在一个灵活的方法和结合植物和控制万博1manbetx器在一个单一的环境。
在第一个示例中,一个简单的3 s 1 p电池组,开始低SOC和失去平衡。万博1manbetx仿真软件,stateflow Simscape使充电和平衡战略的设计包括自动生成核心嵌入式实现。
最后,我们展示了一个非线性卡尔曼滤波器应用程序对一个单元电池电荷状态估计重用之前的例子。感谢您的收看。
