動(dòng)力電池選型及系統(tǒng)匹配

動(dòng)態(tài)電池模型參數(shù)辨識(shí)

電池包熱管理

電池?zé)崾Э丶盁崧臃治?/h3>

安全是現(xiàn)在電池重點(diǎn)關(guān)注的另一問(wèn)題，一旦在一個(gè)電池中誘發(fā)了熱失控之后，會(huì)在整個(gè)電池系統(tǒng)中間蔓延，最后形成事故。

Amesim中能夠根據(jù)電池用ARC對(duì)熱失控進(jìn)行絕熱的熱失控實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)分析電池的熱失控過(guò)程，標(biāo)定電池?zé)崾Э剡^(guò)程中的溫度變化和電壓變化。

 

 

圖12 電池?zé)崾Э啬Ｐ?/div>

 

 

上述模型中，以電池ARC發(fā)熱數(shù)據(jù)作為電池模型邊界，標(biāo)定電池中和熱失控相關(guān)的參數(shù)（SEI膜分解、負(fù)極分解、正極負(fù)極以及電解液分解等參數(shù)）。

 

 

圖13 熱失控仿真模型標(biāo)定

 

 

標(biāo)定的電池?zé)崾Э啬Ｐ停軠?zhǔn)確反應(yīng)熱失控過(guò)程的自生熱起始溫度T1，熱失控引發(fā)溫度T2、熱失控最高溫度T3，上述模型中的自生熱起始溫度大約110℃，熱失控引發(fā)溫度大約190℃。

在單體熱失控分析的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步分析電池包內(nèi)部熱失控導(dǎo)致的熱蔓延，分析改進(jìn)電池包內(nèi)部的空間設(shè)計(jì)以控制單個(gè)電芯熱失控可能引發(fā)的熱蔓延。

 

 

圖14 熱蔓延仿真模型

 

 

上述模型中，當(dāng)單體間距2mm時(shí)，從單體1開(kāi)始，每個(gè)單體依次發(fā)生熱失控；當(dāng)單體間距5mm時(shí)，只有單體1發(fā)生熱失控，其他單體只是溫度增加，未達(dá)到熱失控引發(fā)溫度。

 

 

圖15 不同單體間距的熱蔓延分析

 

電池老化分析

電池老化是非常難以預(yù)測(cè)，電池化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，電池的充放電使用策略，電池溫度，電池SOC對(duì)電池壽命都有顯著影響，利用額定容量和內(nèi)阻兩個(gè)宏觀指標(biāo)來(lái)表征電池的老化。

電池老化主要考慮兩種工況，日歷老化和循環(huán)老化。Amesim中提供三個(gè)層次的老化模型：

 

•  靜態(tài): 用戶給固定的SOH
• 動(dòng)態(tài): 用戶給定電池容量的函數(shù)(= dSOHc  / dt)
• 半經(jīng)驗(yàn)：試驗(yàn)標(biāo)定相關(guān)參數(shù)

 

靜態(tài)老化模型在工程計(jì)算中很少使用；一般根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)直接擬合動(dòng)態(tài)的電池健康度關(guān)系曲線，或者標(biāo)定半經(jīng)驗(yàn)公式中的相關(guān)系數(shù)以獲取準(zhǔn)確的電池老化模型。循環(huán)老化的半經(jīng)驗(yàn)公式如下：

 

式中，為循環(huán)壽命容量衰減百分比，單位為%；為指前因子，是電流I的函數(shù)；為活化能，單位為J/mol；是無(wú)量綱常數(shù)，為衰減因子，t的單位為h。

 

基于試驗(yàn)完成動(dòng)態(tài)或半經(jīng)驗(yàn)老化模型的標(biāo)定后，可進(jìn)一步分析不同的電池使用環(huán)境、整車(chē)工況，以及不同充放電策略等不同電池邊界對(duì)老化性能的影響，以提出改善電池壽命的方法和策略。

 

例如分析不同的充電策略在一年的使用過(guò)程中分別對(duì)LFP_C和NCA三元兩種電池老化趨勢(shì)的影響，在系統(tǒng)模型中定義相同的邊界條件（一年中的環(huán)境溫度變化），以及相同的使用工況，即每天上下班四次的NEDC使用工況。

 

 

圖16 不同充放電策略對(duì)老化的影響

 

 

在上述5種不同的充放電策略中，對(duì)兩類(lèi)電池壽命最有利的充電策略均為早上上班前充電，但同一充電策略對(duì)兩類(lèi)電池壽命的影響有明顯差異。

 

基于模型BMS開(kāi)發(fā)

基于模型的BMS開(kāi)發(fā)是將控制器模型和被控對(duì)象的模型一起構(gòu)成閉環(huán)而進(jìn)行仿真，將會(huì)加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)并提升產(chǎn)品質(zhì)量。電池本體的行為可以在 Amesim中進(jìn)行建模。控制策略部分可以利用Simulink完成，可以在一個(gè)閉環(huán)仿真平臺(tái)中將 Simulink中的 BMS 模型和 Amesim 中的電池被控對(duì)象模型通過(guò)共仿真的方式建立。

 

 

圖17 基于Amesim模型的BMS開(kāi)發(fā)

 

 

Amesim 中建立的電池被空對(duì)象模型，應(yīng)用于BMS控制開(kāi)發(fā)的不同階段。在MIL測(cè)試環(huán)境中，控制和被控對(duì)象的耦合模型能在很短時(shí)間內(nèi)快速驗(yàn)證控制策略，例如能在幾分鐘內(nèi)給出SOC的準(zhǔn)備評(píng)估，同時(shí)支持代碼自動(dòng)生成。

另外，準(zhǔn)確的高精度電池模型也能進(jìn)一步支持在SIL和HIL階段控制策略的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證。

艾克賽普是西門(mén)子Simcenter Amesim湖南地區(qū)授權(quán)代理商，如果您對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)仿真解決方案有興趣，歡迎致電長(zhǎng)沙艾克賽普儀器設(shè)備有限公司：0731-84284278，我們的工程師將為你提供最佳的測(cè)試方案。Accexp是一家專注于儀器工控設(shè)備、測(cè)試方案系統(tǒng)集成的科技企業(yè)。作為專業(yè)的儀器儀表公司及測(cè)控集成ATE提供商，多年來(lái)堅(jiān)持自主研發(fā)創(chuàng)新，結(jié)合引進(jìn)代理各大知名品牌的優(yōu)質(zhì)儀器設(shè)備，致力于提供更科學(xué)智能的軟硬件測(cè)試方案。