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国际合作 | 一种基于双温度测量的锂离子电池的在线发热量估算方法

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北京理工大学、宾夕法尼亚州立大学、北京电动汽车协同创新中心


目录


   

1. 介绍

2. 电化学模型标定

3. 发热量估算算法

4. 估算算法参数辨识

5. 估算算法验证

6. 总结

1.介绍


   


电池发热量准确估计对于电池性能有着重要意义。当前电池发热量估计方法有以下几种:

● 试验测量。适用于实验室环境

● 电化学模型。复杂不适于在线估算

● 基于Bernardi简化发热量方程。参数获取困难


本文作者通过测量一种内部加热电池(见下图)的表面和内部温度,利用简单的两状态传热方程来估算电池发热量。该电池通过在电池内部插入一个薄的镍箔,其一端与负极极耳焊接在一起,另一端伸出电池外部,作为独立的端口。通过控制正极与独立端口之间的开关,就可以实现电池内部加热的控制。



2.电化学电池标定


   

利用Autolion-3D进行不同温度下充放电试验标定


  • 标定结果


3.发热量估算算法


   

将电池的传热简化为一个两状态的传热方程,通过测量的两个温度曲线,来估算发热量Q。

将上述常微分方程组离散



4.状态方程参数辨识


   

状态方程中有四个未知参数需要辨识。作为基准的“试验”数据来自Autolion-3D的计算结果,下图是模型输入的发热率和相应的温度曲线

利用上述结果,通过粒子群优化算法对状态方程中的四个参数进行辨识,结果如下


状态方程结果与电化学模型结果的对比如下,该结果表示辨识的质量


5.发热量估算算法


   

在不同工况下、不同冷却条件,与Autolion-3D计算结果对比,广泛验证该估算算法的效果

快充过程中发热率估算的误差。a图为发热率对比,b/c/d图分别为1C/2C/5C的估算误差

●快充过充中发热率估算的误差。a图为风冷时发热率对比;c图为水冷时发热率对比;b/d图分别为两种冷却条件下的估算误差



6.结论


   

该两状态估算算法能够准确、快速、稳健地估算电池发热量,可用于在线估计

来源:艾迪捷
化学航空航天船舶核能汽车控制试验
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-09-08
最近编辑:2月前
艾迪捷
MBD CAE解决方案专家
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干货 | PCB板级电磁兼容仿真分析利器Ansys SIwave

1、电子产品PCB电磁干扰分析重要性所有电子产品部件设计基本上都离不开PCB设计,对于通信、航空航天、计算机、船舶、兵器、电子等产品,PCB的电磁干扰是非常重要的话题。随着电子部件设计复杂度、集成度及信号速率的急剧提升,电磁干扰与抗干扰已成为电子系统PCB设计的痛处,电磁干扰处理不好,设备无法 正常工作,损失巨大。电子产品PCB板级EMC优化的基本思路,一是从源头抑制消除辐射;二是隔离干扰体与被 干扰体,阻断EMI传播路径。对于电子产品系统PCB设计来说,就是要阻断EMI传播路径,消除PCB板载系统对外辐射EMI,同时增强PCB板载系统敏感信号抗外界干扰能力。2、PCB专用电磁兼容仿真分析工具SIwaveSIwave是特别针对PCB、封装的SI/PI/EMC仿真分析工具,采用定制化的电磁场算法,能够高效准确的求解多至几十层的PCB和上千管脚的封装结构。SIwave求解功能丰富,从EMI规则检查,到PCB信号相关各类电磁特性求解项目,以及联合内含的高速SI电路求解器进行场路结合分析,全面分析及优化PCB板级EMC特性。3、EMI规则检查PCB设计现状:(1)PCB设计不同环节的工程师使用不同的验证方法,或者无验证手段;(2)复杂PCB上一些不适当的走线结构,很难被发现,也就不会特意去进行仿真分析;(3)仿真一般只针对关键电路或高速电路,往往忽略了其他电路也可能带来的隐患;SIwave从2019版本开始增加了EMI Scanner规则检查器。PCB板级EMC分析第一步,我们可利用SIwave中的EMI Scanner规则检查器,在仿真分析之前,对PCB进行全面检查。SIwave EMI Scanner规则检查器具有如下优点:(1)电磁仿真分析前快速检查PCB设计规则符合度;(2)统一的,并且可在不同设计团队间重复使用的验证手段,防止验证过程变化或失控;(3)允许定制化规则,用来收集和执行企业自己的设计规则;4、电路系统电磁干扰分析之场路协同仿真分析完成PCB EMI Scanner规则检查并优化设计后,我们可利用SIwave电磁仿真器+电路仿真器进行关键信号的场路结合仿真分析,获得关键电路的电磁场分析和有源电路波形分析结果,从而在PCB投板前预判电路信号系统的性能特性,指导设计优化。以下所示案例中,某DDR地址信号参考层发生改变,导致EMI辐射大。案例描述了如何利用SIwave EMI Scanner及场路结合仿真分析来分析优化PCB设计。5、总结(1)设计良好的PCB可以极大减少系统电磁干扰问题,在设计早期进行仿真分析验证是修复潜在EMI问题的最好方式;(2)设计规则检查提供了一种最快速高效,且最容易理解实施的方式解决EMI问题,无需相对较长的仿真时间,简单易用,过程可重复,适合设计流程中的所有人员;(3)规则检查与场路协同仿真互为依存。仿真可用来检验规则检查的效果;仿真结果经验总结可作为规则检查的输入;(4)规则检查与场路结合仿真有效减少研发设计周期,加快上市时间。来源:艾迪捷

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