Bataryayla çalışan sistemler tasarlarken bataryaları modelleyin
Batarya modelleri, bataryayla çalışan sistemlerin tasarımı için vazgeçilmez bir araç haline gelmiştir. Kullanımları arasında batarya karakterizasyonu, şarj durumu (SOC) ve sağlık durumu (SOH) tahmini, algoritma geliştirme, sistem düzeyinde optimizasyon ve batarya yönetim sistemi tasarımı için gerçek zamanlı simülasyon yer alır.
Eşdeğer devrelere dayalı batarya modelleri, nispeten basit olmaları nedeniyle sistem düzeyinde geliştirme ve kontrol uygulamaları için tercih edilir. Mühendisler, bataryaların termo-elektrik davranışını modellemek için eşdeğer devreler kullanır, doğrusal olmayan elemanlarını optimizasyon yoluyla modelleri ve deneysel ölçümleri birleştiren korelasyon teknikleriyle parametrelendirir.
Üç farklı zaman sabiti, dahili direnç ve açık devre potansiyeli olan bir bataryanın eşdeğer devresi.
Batarya Karakterizasyonu
Doğru bir batarya modelinin geliştirilmesindeki ilk adım, bataryanın doğrusal olmayan davranışını ve sıcaklık, SOC, SOH ve akıma bağımlılıklarını yansıtan eşdeğer bir devre oluşturmak ve parametrelerini belirlemektir. Bu bağımlılıklar, her bataryanün kimyasına özgüdür ve kontrolörün tasarlandığı batarya hücreleriyle tam olarak aynı türde batarya hücreleri üzerinde gerçekleştirilen ölçümler kullanılarak belirlenmeleri gerekir. Örnek batarya modelleri MATLAB Central’dan indirilebilir.
Bir NMC Li-ion batarya için darbeli akım (orta) deşarjına ve sonuçta ortaya çıkan SOC’ye (altta) voltaj tepkisi (üstte).
SOC Tahmini
Batarya modellerinin yaygın bir uygulaması, SOC tahmini için algoritmalar geliştirmektir. Açık devre voltajı (OCV) ölçümü ve akım entegrasyonu (coulomb sayımı), SOC için makul tahminler verebilir. Ancak düz OCV-SOC deşarj imzalarına sahip modern batarya kimyalarında SOC’yi tahmin etmek için Kalman filtreleme gibi farklı bir yaklaşım kullanmanız gerekir.
Bozulma
Bataryalar, takvim ömürleri ve şarj-deşarj döngüleri nedeniyle zamanla bozularak yedek kapasitede kademeli bir kayıp ve iç dirençte bir artış gösterir. Batarya yönetim sisteminin (BMS), etkin batarya kontrolü için bu değişikliklere uyum sağlaması gerekir. Batarya modelleri, bozulmayı hesaba katan bir BMS geliştirmenize yardımcı olabilir.
Açık devre potansiyelinde (Em) minimum değişiklikle birlikte, dahili direnç (R0) ve zaman sabitlerindeki (τ1 , τ2 , τ3) artışa yansıyan bir lityum iyon bataryanın kademeli olarak bozulması.
Gerçek Zamanlı Simülasyon
BMS’nin döngü içinde donanım testi, batarya modellerinin başka bir yaygın uygulamasıdır. Sistem düzeyinde tasarım için oluşturulmuş bir batarya modeli, gerçek zamanlı simülasyon için yeniden kullanılabilir.
Batarya modelleme hakkında daha fazla bilgi için MATLAB® ve Simulink® ürünlerini içeren aşağıdaki örneklere, web seminerlerine ve konferans belgelerine bakınız.
