مدل‌سازی باتری و BMS در MATLAB و Simulink

وضعیت شارژ یا SOC، تخمینی از میزان شارژ باقی‌مانده نسبت به ظرفیت مرجع است و با ولتاژ لحظه‌ای یکی نیست. شکل، کاهش SOC در یک تخلیه نمونه را نشان می‌دهد. در شمارش کولنی، جریان در زمان جمع می‌شود؛ بنابراین جهت مثبت جریان، مقدار اولیه و واحد ظرفیت باید مشخص باشند. خطای اندازه‌گیری جریان می‌تواند به‌مرور انباشته شود. در یک BMS، تخمین وضعیت در کنار منطق شارژ و رفتار حرارتی معنا پیدا می‌کند، نه فقط با رسم یک منحنی شارژ.

ساخت مدل پک از سلول آغاز می‌شود و به مجموعه موازی، ماژول و آرایش بالاتر می‌رسد. شکل تفاوت اتصال سری و موازی را با سلول‌های یکسان نشان می‌دهد. در اتصال سری، ولتاژها جمع می‌شوند؛ در اتصال موازی، ظرفیت اسمی گروه افزایش می‌یابد. پیش از تولید مدل، تعداد اجزا و قرارداد نام‌گذاری را مشخص کنید. سپس ساختار ایجادشده را با طرح اولیه مقایسه کنید تا یک اشتباه در تعداد سری یا موازی به کل مدل منتقل نشود.

وقتی از مدل ساده به پک تفصیلی می‌روید، هندسه سلول، چیدمان و نحوه گروه‌بندی اجزا اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. شکل، سلول‌های استوانه‌ای را در چند گروه نشان می‌دهد تا ساختار ماژول قابل‌دیدن باشد. جزئیات بیشتر هزینه محاسباتی دارد؛ بنابراین باید بدانید قرار است تفاوت چه رفتاری را مشاهده کنید. ساختار مدل و پارامترهای سلول را جدا نگه دارید و پس از تولید بلوک‌ها، اتصال‌ها و خروجی‌های قابل‌اندازه‌گیری را بررسی کنید.

مدل الکتریکی تنها بخشی از رفتار باتری را توضیح می‌دهد. گرمای تولیدی باید از سلول به محیط یا مسیر خنک‌کاری منتقل شود و این انتقال می‌تواند بین بخش‌های ماژول متفاوت باشد. شکل، چند سلول و مسیر حرارتی آن‌ها به یک سطح مشترک را نشان می‌دهد. برای شروع، یک مدل توده‌ای ساده به فهم نقش ذخیره گرما و مقاومت انتقال کمک می‌کند. سپس می‌توان بررسی کرد چه زمانی فرض دمای یکنواخت کافی نیست و به تفکیک بیشتری نیاز داریم.

مدار معادل، رفتار الکتریکی باتری را با اجزایی قابل‌فهم‌تر تقریب می‌زند. ولتاژ مدار باز با افت ناشی از جریان و پویایی شاخه‌های RC ترکیب می‌شود تا ولتاژ ترمینال به دست آید. در شکل، یک شاخه RC ساده دیده می‌شود؛ مدل واقعی می‌تواند جزئیات بیشتری داشته باشد. پارامترها را در شرایط کاری مناسب شناسایی کنید و سپس پاسخ مدل را با داده‌ای جدا از داده تنظیم مقایسه کنید. تطبیق یک آزمایش کوتاه به‌تنهایی، اعتبار مدل را در همه دماها و جریان‌ها ثابت نمی‌کند.

مدیریت حرارتی فقط پایین‌آوردن یک دمای میانگین نیست؛ اختلاف دمای بخش‌ها و انرژی مصرفی سامانه خنک‌کاری هم اهمیت دارند. شکل، حلقه انتقال گرما و پاسخ‌های دمایی نمایشی را کنار هم می‌گذارد. محل حسگر و تعریف خروجی کنترلر را مشخص کنید تا معلوم باشد چه کمیتی اندازه‌گیری و چه چیزی تنظیم می‌شود. مقایسه دو راهبرد را با بار حرارتی و شرایط اولیه یکسان انجام دهید و اثر توان مصرفی پمپ یا دیگر اجزا را جداگانه گزارش کنید.