组件 158：电池

本主题中

组件 158：电池

规格

管道连接
1	电源进口（可选，用于串联电池）
2	电源连接（> 0 表示放电，< 0 表示充电）
3	功率损失
4	连接老化模块
5	控制进口（用于控制运行模式）

通用用户输入值物理应用特征曲线结果显示示例

通用

该组件代表一个由单个电池组成的电池，其额定容量为 CCELLN，额定电压为 UCELLN。实际可用的容量根据 SOH（健康状态）因子而减少，该因子由老化模块通过逻辑引脚 4 指定给电池。电池 SOC 的现行充电状态必须保持在 SOCMIN 和 SOCMAX 的限值之间。

电池组件由并联的 NBANK 组组成，每个组由并联的 NRACK 串组成。每一串由串联的 NMOD 模块组成。每个模块由 NPAR * NSER 模块组成（每个 NPAR 并联，NSER 串联）。

当电池放电时，终端电压会下降到低于其额定值的最低值 UCOCELL（截止电压）。电流强度可以增加到短路电流强度 ISCCELL。

作为放电电流和充电状态（SOC）的函数，终端电压由 CUACT 特征域定义，该特征域由 20 条特征曲线组成，以当前充电状态为参数。除了特征域，也可以用电池的恒定内阻来计算，内阻可以直接指定或从短路电流中计算。

该组件既可以应用于电路中，根据电路中的电阻来计算电流，也可以应用于需要从外部指定电流的控制回路。还可以通过在逻辑输入 5 上指定所需的功率来定义电流。

为了体现电池的老化情况，必须将外部老化模块连接到逻辑进口 4。通过这个逻辑入口，电池从老化模块接收其当前的 SOH（"健康状态"）。健康状态被定义为电池的现有容量与原始容量的比率。反过来，老化模块可以通过这个逻辑引脚访问电池的数据并计算老化。

引脚

在大多数 Ebsilon 组件中，流体通过引脚 1 流入组件，通过引脚 2 流出组件。然而，在电池组件中，同一个引脚（即引脚 2）被用于充电和放电。

由于在拓扑学上这个引脚是一个输出，所以在放电过程中显示的功率为正值，充电过程为负值。一方面，这更接近现实（因为在现实中充电和放电使用相同的电缆），另一方面，也方便了建模工作。

在这个组件中也有一个可选的电力进口（引脚 1），不用于充电，而是用于连接另一个电池。这样，几个组件 158 可以串联起来，使得电压相加，而通过所有电池的电流保持不变。除了最后一个电池外，所有电池都必须在 FOP = -1（"外部给定电流"）的模式下运行。最后一个电池进行整体的计算，并将电流写入管道中。

引脚 3 是一个逻辑出口，用于由电池计算的损耗。这里可以考虑电池中发生的损耗和冷却所需的功率（见 FLOSS - 损耗计算章节）。

引脚 4 是连接老化模块的逻辑进口：通过这个连接，老化模块接收电池的必要数据。老化模块在相应的时间步骤结束时计算新的 SOH（健康状态），并在下一个时间步骤开始时通过逻辑管道传递给电池。

引脚 5 是控制的逻辑进口。所需的功率在这条管道上指定。当要给电池充电时，必须指定一个负值。是否能达到预期的功率取决于电池的充电状态和电流：

如果电池的电量低于 SOCMIN，在稳定状态下，放电电流将被设置为 0。在瞬时状态下，要么降低功率，要么缩短时间间隔（见 FTIMELIM - 达到极限时的特性）。
如果电池的电量超过 SOCMAX，在稳定状态下，充电电流将被设置为 0。在瞬时状态下，要么降低功率，要么缩短时间间隔（见 FTIMELIM - 达到极限时的特性）。
如果所需的电流超过充电率 CRATE，电流就会减少，以保持 CRATE 的充电率（见运行默认值）。
如果所需的电流超过放电率 DCRATE，电流就会减少，以保持 DCRATE 的放电率（见运行默认值）。

标志

FOP - 运行模式：

FOP = -1: 外部给定电流
这里，电压由电池单元的内阻和特征域（见1.1.1.3.2）得出。当放电时（I > 0），电压随着电流的增加而降低。当充电（I < 0）时，增加电压需要增加电流。
FOP = 0: 电池停用
在这种情况下，电流和电压被设置为 0。
FOP = 1: 充电：电压由外部指定，电流通过内阻或通过特性域（见1.1.1.3.2）计算。这里应用的电压必须大于电池的额定电压。
FOP = 2: 放电：电压和电流通过电路中的电阻来计算。
FOP = 3: 根据引脚 5 的功率需求进行功率控制

FUTHERM - 计算终端电压的方法：

这个标志用于定义终端电压和电流之间的相关性。默认情况下，计算是在一个恒定的内阻下进行的。然而，也可以存储一个特征域。

FUTERM=0: 电池的内阻直接在 RINTCELL 中指定。
FUTERM=1: 电池的内阻由短路电流 ISCCELL 计算得来。
FUTERM=2: 电池的内阻由最大功率 QMAX 计算得来。
FUTERM=3: 终端功率由特性域 FCUTERM 确定，为电流和电池充电状态的函数。

FLOSS - 损耗计算：

损耗是由组件本身计算的，并在逻辑出口 3 上输出为热量。计算电池运行过程中出现的损耗有以下几种选项：

FLOSS=0: 根据电压和电流计算热损耗：

QLOSSOP = (UTOTN – U2) * I2

请注意，损耗在任何时候都是正数，因为在充电时 I2 < 0，U2 > UTOTN。

FLOSS=1: 热损失与功率成正比：QLOSSOP = LOSS * |Q2|
FLOSS=2: 热损失与电流成正比：QLOSSOP = LOSS * |I2|

这里 U2、I2 和 Q2 是出口处的电压、电流和功率，比例系数 LOSS 是一个规格值。

此外，对于损耗来说，也可以考虑冷却电池所需的空调辅助功率 QLOSSC。由于它取决于环境温度，因此通过一条特征线 CQLOSSC 描述。这条特征线在设计中和非设计中都会使用。因此，空调的设计温度（即特征线的值为 1 的温度）不一定要与整体模型的设计工况一致。

假设空调可以独立于电池运行。因此，当电池关闭时，也要计算辅助功率。

FTIMELIM - 达到极限时的组件行为：

该标志允许设置瞬态计算的组件行为，例如在时间序列的框架下。

在时间步长内，组件基本上进行稳态计算，即不考虑时间依赖性。只有在计算结果值 SOCNEW（时间步骤结束时的新电荷状态）和 DCHARGE（时间步骤中的电荷变化）时，时间依赖性才会发挥作用。

只要 SOCNEW 在 SOCMIN 和 SOCMAX 之间的有效范围内，FTIMELIM 就没有影响。然而，如果 SOCNEW 超过了一个限值，适用以下选项：

FTIMELIM=0: 功率降低到一定程度，直到时间步骤结束才达到极限。
FTIMELIM=1: 功率保持不变，但时间间隔缩短，即在时间序列对话中增加一条中间线，即达到极限时的时间点。

在这两种情况下，SOCNEW 随后被设置为相应的极限值（SOCMIN 或 SOCMAX）。

当进行时间序列计算时，在计算完一个时间步骤后，结果值 SOCNEW 被复制到下一个时间步骤的规格值 SOC。

注意：没有 FMODE

在这个组件中不存在用于在设计和非设计模式之间切换的标志 FMODE，因为在设计计算时，Ebsilon 可能不会计算这个组件的标称值。

规格值注释

运行的规范值

这些规格值只与有功率需求的运行相关（FOP = 3）。

CRATEN: 充电率（CRATE）标称值

充电率表示单位时间内分别进行充电和放电的容量比率。例如：当 CRATE 为 0.5 A/Ah 时，电池的 SOC（充电状态）在一小时内分别增加和减少 0.5。

充电率由标称值 CRATEN 和作为充电状态函数的特征线 CCRATE 得出。默认情况下，该特征线的设计方式是，当接近 SOC = 1 时，充电率开始降低。

DCRATEN: 放电率（DCRATE）标称值（可选）

只有在放电率比充电率高的情况下，才需要输入值。否则，放电率将等同于充电率。

STHR: 充电阈值

这里可以输入一个阈值，必须超过这个阈值，电池才会切换到"充电"模式。

几何规格值

NPAR: 每个模块的并联单元数量

NSER: 每个模块的串联单元的数量

NMOD: 每个电池串的模块数

NRACK: 每个电池组中的电池串数量

NBANKS: 组件中的电池组数量

容量和电压规格值

UCELLN: 电池的标称电压

CCELLN: 电池的标称容量（最大电量）

RINTCELL: 电池的内阻

ISCCELL: 电池的短路电流（最大可能电流）

QMAX: 整个电池的最大功率

状态规格值

SOC: 当前的充电状态

SOCMIN: 最小可接受的充电状态

SOCMAX: 最大可接受的充电状态

“健康状态“（SOH）不在电池中管理，而是在老化模块中管理。电池只在结果值中显示计算中应用的 SOH。

损耗计算规格值

LOSS: 损耗系数（FLOSS= 1 或 2 时的比例系数）

QLOSSCN: 空调功率的额定值
这个值乘以特征线 QLOSS 的值，取决于环境温度。

TAMB: 环境温度（对于 FSTAMB = 0）

ISUN: 与组件 117 链接（对于 FSTAMB = 1）

结果值注释

运行结果值：

RCRATE: 应用的充电和放电速率

UCELL: 一个电池单元的当前电压

UTOT: 当前总电压

ICELL: 当前通过一个电池单元的电流

ITOT: 当前总电流

QTOT: 电池总功率

状态结果值：

SOCNEW: 时间步骤结束时的新充电状态

SOH: 用于计算的健康状态

CTOT: 当前健康状态下的总容量

DCHARGE: 时间步骤中的电量变化

DCHARGECTOT: 相对于总容量的电荷变化

损耗计算结果值：

RTAMB: 应用环境温度

QLOSSOP: 由于电池运行造成的损耗

QLOSSC: 由于空调造成的损耗

QLOSSTOT: 总损耗

其他结果值 :

UTOTN: 整个电池的额定电压

UUN: 当前电压与额定电压的比率

IISC: 当前电流与短路电流的比率

RRINTCELL: 使用的内阻，一个电池单元

RRINTTOT: 整个电池的已用内阻

RQMAX: 计算出的电池的最大功率
这个结果值是在假设它是恒定的情况下从内阻计算出来的。如果不是这样（比如在 FUTERM = 3 时），这个值只是一个近似值。

QQMAX: 当前功率 / 最大功率比率

特征线和特征域

CRATE: 相对充电率是充电状态的函数

CQLOSSC: 空调系统的相对功率是环境温度的一个函数

FCUTERM: 由相对终端电压的特征线 CUTERM_n 组成的特征域，作为相对电池电流强度的函数（相对于短路电流 ISCCELL），充电状态 SOC 为参数

用户输入值

FOP	标志：运行模式如父工况（子工况为可选项）表达式 = -1: 电流由外部给定 = 0: 电池不运行 = 1: 充电（电压由外部给定，电流由电阻计算） = 2: 放电（电压和电流由电阻计算） = 3: 根据引脚 5 的功率需求
CRATEN	充电率（标称）
DCRATEN	放电率（标称）（可选，如果与 CRATE 不同）
STHR	充电的切换阈值
NPAR	每个模块的并联电池单元数
NSER	每个模块的串联电池单元数
NMOD	每个串电池组的模块数
NRACK	每个电池组中的电池串数量
NBANK	电池组数量
UCELLN	电池单元的标称额定电压
CCELLN	每个电池单元的标称额定容量（最大充电量）
FUTERM	标志：计算终端电压的方法如父工况（子工况为可选项）表达式 = 0: 使用恒定的内部电阻 RINTCELL = 1: 使用由 ISCCELL 计算的恒定内阻 = 2: 使用由 QMAX 计算的恒定内阻 = 3: 通过特征域 FCUTERM
RINTCELL	电池单元的内阻
ISCCELL	每个电池单元的短路电流
QMAX	整个电池的最大功率
SOC	当前充电状态
SOCMIN	最小充电状态
SOCMAX	最大充电状态
FTIMELIM	标志：在时间间隔内达到极限时采取的行动如父工况（子工况为可选项）表达式 = 0: 降低功率以避免超过极限 = 1: 分割时间间隔
FLOSS	标志：热损失的开关如父工况（子工况为可选项）表达式 = 0: 根据电压和电流计算的热损失 = 1: 热损失与功率成正比（Q3 = LOSS * Q） = 2: 热损失与电流成正比（Q3 = LOSS * I）
LOSS	热损失的系数
QLOSSCN	空调造成的功率损失（特征曲线 CQLOSSC 的标称值）
FSTAMB	环境温度的定义如父工况（子工况为可选项）表达式 =0: 由参数 TAMB 给定 =1: 由指数 ISUN 的组件 117 给定
TAMB	环境温度
ISUN	太阳和环境参数的指数

结果值

RCRATE	应用充电率
UCELL	电池单元的终端电压
UTOT	总电压
ICELL	每个电池单元的当前电流
ITOT	总电流
QTOT	电池总功率
SOCNEW	新的充电状态
SOH	应用的健康状态
CTOT	当前健康状态下的总容量
DCHARGE	时间步骤中的电荷变化
DCHARGETOT	相对于总容量的电荷变化
RTAMB	计算中使用的环境温度
QLOSSOP	运行中的损失
QLOSSC	空调造成的损失
QLOSSTOT	总损失
UTOTN	全部电池的标称额定电压
UUN	当前电压 / 标称电压比率
IISC	当前电流 / 短路电流比率
RRINTCELL	使用的电池单元内阻
RRINTTOT	使用的电池总内阻
NPARTOT	使用的并联单元总数
NSERTOT	使用的串联单元总数
RQMAX	从 RINTTOT 计算出的最大功率
QQMAX	当前功率 / 最大功率比率

特征曲线 / 特征图表

特征曲线

特征曲线 1 到 N: CRATE : 取决于充电状态的相对充电率: CCRATE : CRATE / CRATEN = f (SOC)

     X-轴          1         SOC                             第一点
                      2         SOC                             第二点
                      .
                      N        SOC                             最后一点

     Y-轴          1         CRATE/CRATEN           第一点
                      2        CRATE/CRATEN           第二点
                       .
                      N        CRATE/CRATEN          最后一点

特征曲线 1 到 N: CQLOSSC: 取决于环境温度的空调系统的相对性能: CQLOSSC: QLOSSC / QLOSSCN = f (TAMB)

     X-轴          1         TAMB                           第一点
                      2         TAMB                           第二点
                       .
                      N         TAMB                          最后一点

     Y-轴          1         QLOSSC/QLOSSCN     第一点
                      2         QLOSSC/QLOSSCN     第二点
                       .
                      N         QLOSSC/QLOSSCN     最后一点

特征图表

特征图表 1 到 N: FCUTHERM : 特征图表，由相对终端电压的特征线 CUTHERM_n 组成，作为相对电池电流的函数（与短路电流 ISCCELL 相关），以充电状态 SOC 为参数。
FCUTHERM : CUTHERM1: UCELL/UCELLN = f( ICELL / ISCELL, 参数 = SOC

CUTHERM_1:

     X-轴          1         ICELL/ ISCCELL                             第一点,  参数 = SOC 0.05...1,0
                      2         ICELL/ ISCCELL                             第二点, 参数 = ...
                                          .
                      N        ICELL/ ISCCELL                             最后一点, 参数 = ...

     Y-轴          1         UCELL/UCELLN                           第一点,  (ICELL/ISCELL)
                      2         UCELL/UCELLN                           第二点, ...
                       .
                      N        UCELL/UCELLN                           最后一点, ...

物理应用

组件显示

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