锂电池组冷却模型

       

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这个模型是汽车电池组的热管理模型。电池组（PACK）由好几个电池模块组成，这些电池模块通过串联和并联的方式形成PACK。每个电池单元都使用battery (Table-Based) Simscape electric模块建模。在这个模型中，所有电池的初始温度和荷电状态（SOC）都是一样的。四个电池模块，三个相似，一个不同，串联起来模拟一个电池组。本例中的结果假设初始环境温度等于25摄氏度。冷却剂控制子系统用于确定电池组冷却剂流量。

1.模型总览

 2.参数和输入

       要使用此模型创建一个新的电池模块，首先要指定串联和并联的电池数量。然后，通过在电池模块的“选择电池类型”参数中选择以下选项之一，为所有单体电池指定电池类型:

Pouch（袋型）

Can（罐型）

Compact cylindrical（紧凑柱形）

Regular cylindrical（常规柱形）

       本例使用袋型电池。模块A、B和C由5个串联单体和2个并联单体电池组成。模块D由六个串联单体和两个并联单体组成。

       两个输出端口，SOC和Temp，表示有关模块中每个电池的充电状态和温度。热端口Amb用于定义仿真中的环境温度。电端口pos和negative，分别定义电池的正极和负极。两个输入端口，FlwR和FlwT，定义电池冷却剂流量控制和进入模块的入口温度。

       下图显示了袋装和罐装电池配置的示例。

        下图显示了紧凑圆柱形和规则圆柱形配置的电池：

       电池模块的参数如下:

Vector of temperatures, T——将电池或模块随温度变化的特性数据列成表格的温度，指定为矢量。

Single cell Ahr rating, baseline——在温度向量T参数中定义的温度下的电池容量，指定为向量。

Vector of state of charge values, SOC——在0到1之间的值范围内，电池的电气参数被定义为一个矢量。

Vector of coolant flowrates, L——冷却剂质量流率值，在此值上定义了电池冷却查找表。该参数定义了冷却剂传热效率参数的大小，并指定为矢量。

No load voltage, V0——电池开路电位值在不同的荷电状态向量值、SOC和温度向量T处，指定为矩阵。

Terminal resistance, R0——电池欧姆电阻值在不同状态下的矢量荷电状态值、荷电状态值和温度矢量T点，指定为一个矩阵。

Polarization resistance——极化电阻值在不同状态下的矢量荷电状态值、荷电状态值和矢量温度、T点，表示为矩阵。

Time constant ——时间常数在不同的状态向量的电荷值，SOC和温度向量，T点，指定为一个矩阵。

Cell thermal mass——单个电池的热质量，用标量表示。

Cell thermal conductivity ——袋状和罐装电池的电池平面导电性，或圆柱形电池的径向导电性，用标量指定。

Heat transfer coefficient to ambient——换热系数值，用标量表示。

Number of series connected cells Ns——序列中的字符串数，指定为整数。

Number of parallel connected cells Np——字符串中并行电池单元格的数目，指定为整数。

Choose cell type——电池类型，指定为袋状，罐状，紧凑圆柱形或常规圆柱形。

Cell height——电池单体高度，指定为标量。

Cell width——电池单体宽度，指定为标量。

Cell thickness——袋状或罐装电池的电池厚度，指定为标量。

Cell diameter——紧凑圆柱形或规则圆柱形的电池单元直径，指定为标量。

Number of cylindrical cells in a straight line——为包装而排成直线的圆柱形电池单元数，用整数表示。

Accessory total resistance——将模块内所有内联电阻组合在一起的电阻，用标量表示。该电阻是单元压片、母线、电缆和/或焊接电阻的总和，用标量表示。

Cell balancing——电池均衡，指定为无或被动。在本例中，该参数设置为none。

Effective rate of coolant heat transfer from each cell——估计从电池单元到冷却剂的热传递的热阻(W/K)，用标量值的三维矩阵表示。三维矩阵的大小取决于温度矢量、T、冷却剂流量矢量、L和NsxNp参数。NsxNp参数是模块中电池单元格的总数。电池冷却用查找表或大小为[T,L,Ns*Np]的三维矩阵表示，并使用计算流体动力学等详细的三维方法计算值。该矩阵的取值取决于冷却系统的实际硬件设计或模块中的冷板。使用输入值FlwR和FlwT来控制冷板的性能。

External heat——由于放置在模块附近的热组件而输入到模块中每个单元的外部热量，指定为矢量。

Vector of initial cell temperature——电池初始温度，指定为矢量。

Vector of initial cell state of charge——电池的初始电荷状态，用矢量表示。

Cell Ahr rating variation——温度矢量，每个单元的T点，指定为标量值的矢量。如果将此数组设置为1，则所有单元格容量相同。单元格的数组值与Single cell Ahr额定值、基线参数中指定的值相乘，以计算单元格的实际容量或Ahr额定值。

       要定义电池冷却液流速和温度，请指定这些输入:

FlwR——值介于0和1之间，以标量指定。在仿真过程中，利用FlwR输入值动态选择合适的流量值。FlwR输入的值定义了模块中的实际流量。在冷却剂流量矢量L参数中，FlwR = 0表示无流量，FlwR = 1表示最大流量值。

FlwT——与环境温度相加等于冷却剂入口温度的正负数值。FlwT输入为+15,Amb端口为273.15 K，则冷却剂进口温度等于273.15 +15 = 288.15K。如果FlwT输入为-15，而Amb为273.15 K，则冷却剂进口温度等于273.15-15 = 258.15 K

       本模型中，电池包由4个模块串联而成。前三个模块是相同的。第四个模块具有不同数量的电池，Ns4和冷却效率，coolantQ4，在ee_lithium_pack_cooling_ini中定义.m文件。所有模块都有不同的冷却剂流速。电池组子系统中的流量划分模块决定到达每个电池模块的流量。

3.冷却液控制子系统概述 

       冷却剂控制子系统跟踪电池组的最低和最高温度。该子系统根据电池组中最高和最低电池温度之差的最大值，以及电池组中最高温度与Amb端口的值之差来计算流量。对于10摄氏度或更高的差异，FlwR设置为1，否则线性缩放至零，当不同电池之间没有温差并且电池组温度非常接近Amb端口设置的值时。在本例中，冷却剂入口温度在ee_lithium_pack_cooling_ini中的coolantTemp工作空间变量中定义.M文件，是常数。

 4.仿真结果

       这个例子模拟了一个600秒的驱动器配置文件。流速随着电池组温度的升高而增加，从而使电池组冷却效果更好。