Batarya Termal Davranışını Simüle Edin ve Batarya Termal Yönetim Sistemleri Tasarlayın
Batarya termal yönetim sistemi, sıcaklık koşullarını düzenleyerek bataryaların güvenli ve verimli çalışmasını sağlar. Yüksek Batarya sıcaklıkları bataryanün eskimesini hızlandırabilir ve güvenlik riskleri oluşturabilirken, düşük sıcaklıklar batarya kapasitesinin düşmesine ve daha zayıf şarj/deşarj performansına yol açabilir.
Bir batarya termal yönetim sistemi, çok sıcak olduğunda ısıyı dağıtarak veya çok soğuk olduğunda ısı sağlayarak bataryanın çalışma sıcaklığını kontrol eder. Mühendisler, bu sistemlerde batarya sıcaklığını modüle etmek için aktif, pasif veya hibrit ısı transferi çözümleri kullanır. Aktif çözümler tipik olarak batarya sıcaklığını düşürmek veya artırmak için çalışma akışkanını (hava, su veya başka bir sıvı gibi) iten bir fana veya pompaya sahiptir. Pasif bir çözümde ısı alıcılar veya termal olarak iletken malzemelere sahip borular ısıyı bataryadan uzaklaştırır. Hibrit bir çözüm, hem aktif hem de pasif çözümlerin temel tasarım özelliklerini birleştirir.
Isı transfer sürecini simüle eden batarya termal yazılım modelleri oluşturmak, mühendislerin tasarım parametrelerindeki dengeleri analiz etmelerine, performansı değerlendirmelerine ve kontrol algoritmalarını uygulamalarına yardımcı olabilir. Mühendisler, bir batarya paketinin çeşitli çalışma koşullarında güvenli bir şekilde optimum performans sunmasını sağlayan batarya termal yönetim sistemlerini tasarlamak için MATLAB® ve Simulink® kullanabilirler.
Güç, performans ve paketleme açısından kullanım ömrü sonunda (EOL) garanti kriterlerini karşılayan batarya paketleri tasarlamak için yeni ve eski bir lityum iyon batarya paketi modelinde Simulink’te termal analiz gerçekleştirin.
MATLAB ve Simulink ile şunları yapabilirsiniz:
- Bataryanın ayrıntılı termal davranışını modelleyin.
- Faz değiştiren gazlar, sıvılar ve soğutucular dahil olmak üzere çeşitli çalışma sıvılarını kullanan soğutma/ısıtma sistemleri için modeller oluşturun.
- Modelleme ve simülasyon ile bileşen seçimini ve bileşen boyutlandırmasını gerçekleştirin.
- Tasarım alanını farklı bileşen parametreleriyle keşfedin ve Batarya Termal Yönetim Sistemi performansını optimize edin.
- “Varsayalım” senaryoları tasarlamak için aşırı sıcaklık koşullarını simüle edin.
- Sıcaklık modülasyonu için denetleyici kontrol mantığı ve kapalı döngü kontrol stratejileri tasarlama.
- Farklı tasarım seçeneklerinin termal etkisini değerlendirmek için senaryo çalışmaları yürütün.
- Üretim Batarya donanımıyla daha az pahalı, zaman alan testler gerçekleştirerek maliyetleri azaltın.
- Batarya termal yönetim kontrolleri için üretime hazır gömülü kodu otomatik olarak oluşturun ve endüstri standartlarına uygun hale getirin.
Batarya Termal Davranışını Yakalayın
Simscape™ ve Simscape Battery™ kullanarak, Batarya hücresi seviyesinden başlayarak modeller oluşturabilir ve ardından daha temsili bir model oluşturmak için ortam sıcaklığı efektleri, termal arabirim malzemeleri ve soğutma plakası bağlantıları ekleyebilirsiniz. Isı transferi, hücreden hücreye, hücreden plakaya ve hücreden çevreye bakış açılarından, ortama, soğutucuya ve soğutma plakasının konumuna giden termal yolları tanımlayarak değerlendirilebilir.
Simscape Battery, paralel kanallar, U-şekilli dikdörtgen kanallar ve kenar soğutma dahil olmak üzere farklı akış konfigürasyonlarını destekleyen önceden oluşturulmuş soğutma plakası blokları sağlar.
Batarya ve soğutma sıvısı akışı arasındaki dinamik etkileşimden kaynaklanan sıcaklık dağılımları, bu soğutma plakalarını parçalara ayırarak yakından yakalanabilir.
Paket düzeyinde bir termal model, hücreleri termal etkilere sahip modüller halinde birleştirerek ve modülleri bir paket içinde düzenleyerek oluşturulabilir. Simscape’te yerleşik Batarya paketi modelleri, gerçek sistemi yansıtan ve hücre sayısı arttıkça ölçeklenen elektrik ve termal ağları kullanır. Kullanım ömrü sonunda (EOL) garanti kriterlerini karşılamak için farklı yıpranma düzeylerine sahip Batarya paketlerinde termal performans analizi yapabilirsiniz.
“Thermal Elements Library” kullanılarak Simscape ile tek bir batarya hücresinin ayrıntılı tek boyutlu termal modellemesi
Simscape Battery ile batarya modülü için soğutucu termal yolunun tanımlanması
Soğutma plakasını batarya modülüne bağlama ve paralel montaj
Model Soğutma/Isıtma Sistemleri
Aktif, pasif veya hibrit soğutma/ısıtma çözümlerini modellemek için Simscape ve Simscape Fluids™ bloklarını gaz, sıvı ve termal alanlarda kullanabilirsiniz. Boruları, vanaları, ısı eşanjörlerini ve tankları yerleştirmek için şemalar çizerek soğutma/ısıtma sistemi mimarilerini de keşfedebilirsiniz. Bir sıvı döngü sistemi durumunda, yedek sıvıyı tutan bir genleşme deposunu; çalışma sıvısını batarya hücrelerinin yakınına yönlendiren soğuk plakaları; pompa, akış yolu ve valfler ile motorlu bir sirkülasyon sistemi ve kablolu ısıtıcılar veya radyatörler gibi farklı ısı eşanjörlerini modelleyebilirsiniz. Soğutma/ısıtma sisteminin bir modelini oluşturduktan sonra simülasyonları çalıştırabilir, bileşen boyutlandırmasını ve sistem parametrelerini keşfederek tasarımı geliştirebilir ve ısı dağılımı ve güç tüketimi gibi gereksinimleri karşılayabilirsiniz.
Simulink ve Simscape kullanılarak bir elektrikli araçtaki (EV) bataryalar için aktif sıvı döngülü soğutma/ısıtma sistemi modeli
Batarya Termal Yönetimi için Tasarım Kontrolleri
Simulink, besleme akışı (valf) kontrolü, kütle akışı (pompa) kontrolü ve ısı değişim yolu seçim kontrolü gibi sirkülasyon sistemi kontrolleri için ileri besleme ve PID tekniklerini birleştiren kapalı döngü kontrolleri tasarlamayı kolaylaştırır. Simscape Battery ile, batarya termal yönetim kontrol algoritmaları oluşturmak için batarya soğutma sıvısı kontrolü ve batarya ısıtıcı kontrolü gibi önceden oluşturulmuş blokları kullanabilirsiniz. Stateflow ile, ortam sıcaklığına ve batarya sıcaklığına bağlı olarak ısıtma ve soğutma gibi farklı çalışma modları arasında geçiş yapmak için denetleyici kontrol mantığı da tasarlayabilirsiniz.
Batarya hücreleri arasındaki sıcaklıklara ve ortam sıcaklığına bağlı olarak akış hızını hesaplayan bir soğutma sıvısı kontrol sisteminin Simulink modeli
Kod Oluşturun ve Döngü İçinde Donanım (HIL) Testi Gerçekleştirin
Embedded Coder® ve HDL Coder™ ile batarya termal yönetim sistemi yazılımınızı gömülü mikrodenetleyicilere veya FPGA/SOC hedeflerine dağıtmak için okunabilir, optimize edilmiş C/C++ veya HDL kodunu otomatik olarak oluşturabilirsiniz. Ayrıca tesis modeli için kod oluşturabilir ve döngü içinde donanım (HIL) testi gerçekleştirebilirsiniz. Simscape Battery, batarya ile hücre denetim devresi arasında arayüz görevi gören bloklar içerir. Bu blokları gerçek zamanlı donanımla kullanarak, batarya simülasyonlarınızı gerçek dünyadaki batarya dengeleme donanımına bağlayabilirsiniz. Batarya sistemlerinin HIL testi (22:57), batarya termal yönetim sistemini test etmek için zaman alan ve pahalı donanım testlerini gerçek zamanlı bir makineyle değiştirmenize olanak tanır. Bu, potansiyel olarak tehlikeli test koşullarında batarya donanımına zarar verme riskini azaltır ve batarya termal yönetim sistemini aşırı sıcaklıklar, bozulmuş işlemler ve arızalar dahil olmak üzere çok çeşitli çalışma koşulları altında test etmenize olanak tanır.
