6.2 仿真参数空间
这个问题的变量空间是广泛的。因此,该模型并没有考虑到所有可能的情况。中使用的相关性通过在给定值和/或范围内保持以下参数集来提供最准确的结果:
车辆类型:只适用于全电动(EV)
电芯厚度:保持默认值2cm
正极长宽比:保持默认值3
最高允许温度(Tmax):配件在40°C到70°C之间进行,因此超过此范围(主要低于下限)有效性不确定。
充电时间:保持5分钟以上
电极对:该模型已与默认对进行了测试。新的化学物质可能会发生故障。
充电状态范围:保持默认值95%至10%的上限和下限SOC限制,分别(这些是EV的默认值)
6.3 估计正极厚度的相关性
通过运行该模型生成了默认电极对和上面列出的最高允许温度范围的数据集。该数据集多种多样,包括功率和能量匹配;和石墨负极;层状氧化物和(见第3.2.2.1、4.1.2和9.2.1节)。对数据集的分析发现,以下表达式将充电时间与正极(即阴极)厚度线性化:
式6.1
式中,Q为活性物质比容量(mAh/g), ρact/电极为电极内活性物质的密度(gactive/cm3电极)。分子中的项是电极载荷(mAh/cm2),其中斜率(α)和截距(β)是设计参数的函数。TCHG为期望充电时间(分钟)。图6.2展示了使用电极的电芯的线性化数据。图6.2强调,式6.1适用于最大允许温度范围(Tmax);然而,从图中直线的斜率和截距的差异可以看出,Tmax的值改变了α和β的值。
图6.2
使用一系列Pearson和Kendall相关性来确定影响斜率(α)和截距(β)参数的主要输入。具体如下:

其中L为电池长度,ASI10s,50%为电池在10秒和50%充电状态(SOC)时的参考面积比电阻。利用NMC532-G(能量)的数据确定了α和β的功能形式。图6.3给出了α和β值如何依赖于电芯几何形状和最高允许温度的示意图。请注意,尽管该图绘制了电芯宽度,但这与电芯长度相同,因为长宽比保持恒定为3。由此分析可知,该表达式的函数形式为:

方程6.3和6.4强调,斜率(α)不是化学相关参数的函数,主要由操作决定。然而,截距(β)确实依赖于参考10s ASI值在50% SOC。

一旦确定了函数形式,表达式的常量就会通过BatPaC中给出的默认参数进行优化。表6.1中给出的常量适用于所有BatPaC默认化学体系。在优化过程中包含了Eq. 6.4中的ASI值,以便在所有电极对之间提供更好的一致性。
表6.1
图6.4突出显示了这种相关性的预期误差。该图将计算的正极厚度与从完全充电模拟中确定的正极厚度的相关性进行了比较。图中包含BatPaC v5.0中所有默认电极对的结果,它们在图中通过颜色来区分。这条线对应于完全相关关系。在所有模拟中观察到良好的一致性。图6.4显示,当电极较薄(<30μm)时,BatPaC可能会略微高估电极厚度。更薄的电极通常对应更短的充电时间。进一步分析结果(数据未显示)表明,充电时间小于8分钟的误差为±3 μm,能量对在厚度上倾向于有轻微的过度预测。
图6.4
6.4 BatPaC应用
以上计算是在“Dashboard”上选择电动汽车快速充电时在BatPaC中进行的。如果选择,则计算确定实现充电的最大允许厚度。默认的最大允许温度是55°C,但它可以被覆盖。所有其他常数(即冷却剂温度、最大C-rate和析锂电位极限)都是固定的。BatPaC将此相关的电极厚度与5.2节中的电极厚度(即计算厚度和最大允许厚度)进行比较。如果充电产生的电极厚度比其他厚度薄,则按5.2.4节所述的方式修改计算,将δmax替换为充电模型计算的厚度。
电动汽车需要辅助系统,让电池与汽车进行有意义的互动。主要辅助系统是电池管理系统(BMS),它控制电池的电气操作。还有一个热管理系统,这将在下一节讨论。介绍电池管理系统的各个组成部分,以及BatPaC如何估算BMS的成本、质量和体积。
7.1 电池管理系统概览
BatPaC中的BMS将模组和电芯集成到整个电力驱动系统中。BMS包括以下测量和控制功能:
l 测量电池组的电流和电压
l 平衡模组电压(电池平衡在模块内完成)
l 估算电池组的充电状态(SOC)和健康状态(SOH)
l 评估模组SOC和SOH
l 电池热管理的监测和信号
l 使用电池断开充电和放电模式切换
BMS的复杂性、尺寸和成本取决于电池组和车辆的许多方面。组件的成本取决于电池的最大电流和电压,以防止灾难性的热失控。BMS的组装和结构因制造商而异,每个制造商都平衡了特定设计决策的利弊,以满足他们的偏好。BatPaC旨在为各种用途和尺寸的通用电池组建模。因此,BatPaC中的BMS反映了通用设计。BMS中组件的数量和大小是通过查看一系列拆卸报告来估计的,并根据电池的类型、电芯的数量和模组的数量来估计所需组件的数量。由此,估算出每种电池设计的“平均”BMS的成本、质量和体积。
BatPaC将完整的BMS分为以下四个部分,如图7.1所示:
Battery Management Unit, BMU:用于电池间平衡,保证每个电池安全充放电的组件
BDU和电力电子:用于与外部电力消耗者和充电器安全接口的组件
3. 电子系统之间的接口:BMS各部件之间的低、高压接线和连接器(图中为“接线到BMU”)
4. 模组电子:模组中的各种传感器和保险丝
BMS的总成本、质量和体积是这四个部分的总和。本节的其余部分提供了每个段的详细计算。
图7.1
(未完待续~)
来源:小明来电