真·simulink车辆仿真基础教程-跑多远我说的算：电池模块

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大家好，我是王浮生不怕生。这里是“真·Simulink车辆仿真教程”第七节，本节我们介绍电池模块。

补充知识，电池SOC-OCV曲线：通常指电池SOC与开路电压OCV对应的曲线。SOC-OCV曲线在电池建模时通常用于系统电压的计算。由于电池的滞回特性，OCV曲线可能不止一条。当然，本系列的模型里为了简化建模用一条代替就好了。

好了，我们回到建模。

电池在车辆系统中是车辆的能量源，为电机及用电设备提供能量。在模型中，电池模块扮演的还是能量源的角色吗？

不是。



电池模块最主要的功能是计算车辆仿真过程中的能耗，用于终止仿真的控制；其次是用于功率管理，对驱动系统输出功率进行限制。

本系列模型我们不考虑功率管理功能。

所以最最最简单的电池模块：你可以把功率积分求能耗，当其大于某一值时停止仿真，然后去读续航里程就行了。

但是我们能这样做吗，你要是这样做了，你导师就该把你做了。



我们在做续航仿真时，最常用的是基于SOC做仿真终止控制。

SOC是怎么算的？电流积分。



电流怎么算？功率/电压

电压呢？SOC-OCV曲线查表。

所以它们之间呈以下关系。



诶？又是一个完美的代数环。

模型中我们不考虑功率管理，只做基础的电池能量的计算及管理，那么电池就可以简化成单输入的模块。

输入：

【1】电功率

输出：无

下面开始建模吧。



变量定义

在Data脚本中建立以下变量并运行，将变量写入工作区。



这里在建立SOC-OCV曲线时将其线性化了，SOC=0和SOC=100时分别对应单体最大及最小电压。建模时优先使用SOC-OCV曲线，在没有曲线时可以这样简化。

建立完模型需求的变量后，就可以根据上述关系图建立simulink模型了。功率是输入信号，我们从电压计算的模型开始。



电压计算

向模型中添加一个查表模块，表数据与查表数据分别分别为OCV及SOC。



查表得到电压后，我们可以直接用“功率÷电压”计算电流吗？不能。

我们通过查表得到的数据是开路电压，而这个功率是负载功率，所以我们还需要求出端电压。

端电压=开路电压-内阻压降

内阻压降=内阻×电流

所以，端电压计算模型建立如下：



这下用功率除以这个端电压总可以了吧。

可以了，你可以准备从沟里往外爬了。

这里求出的是单体的端电压，还要计算出电池系统的端电压。

系统端电压=单体端电压×串数
电压计算模块最终建立的模型如下图所示：




电流计算

求出系统端电压后，就可以用功率÷电压计算电流了。

老王：用上面公式计算完电流后，如下图直接反馈用于求内阻压降可不可以？

铁子李：可以？不可以？到底可不可以！



当然不可以，这里是系统电流，要先计算为流经单体的电流。

单体电流=系统电流/并数

此外还有代数环啊铁子，赶紧复习下什么是代数环：你女朋友不理你的原因是你不理她，你不理她的原因是她不理你，这就是个代数环。

所以，电流计算应该是这样的：





SOC估算

计算完电流后，就可以用安时积分法计算SOC了，再把公式搬过来。



这个公式的含义就是，SOC=初始SOC+SOC变化量。

在求SOC变化量的时候需要特别注意两点：

【1】电流积分后得到的是库伦容量，这里的Cap是安时容量，注意单位的转换。

【2】我们驱动功率计算的是正值，车辆驱动时，是个耗能状态，所以要对其取负。

SOC计算模块建模如下，计算完成后，添加一个限制模块，保证计算值不要溢出0~1的范围。



最后，将计算的SOC单位转换成百分比，连接至SOC-OCV查表模块即可。





仿真停止控制

我们前面提到，我们建立电池模型的主要目的是基于SOC做仿真终止控制，我们计算出SOC，万丈高楼就剩最后一片瓦了。

铁子李：（撇嘴）现在盖楼哪有用瓦的。



向模型中分别添加一个Compare To Constant模块和Stop Simulation模块。



Compare To Constant模块的运算符设为<=，常量值设为变量SOCMin。



然后将其连接至计算出的SOC即可。



最终完成的模型如下图所示：



好了，电池模型做完了，有不理解的你们先试着理解，我要去睡觉了，因为梦里全是“在看”！！