محاكاة نموذج الدائرة المكافئة للبطارية في منشئ التوأم

انضم إلى منتدى المصممين

خبرتك ضرورية للمجتمع. انضم إلينا وساهم بمعرفتك

شارك وتعلّم وتقدّم مع أفضل المحترفين في هذا المجال

تحديات التصميم الحراري لخلايا البطارية

أحد التحديات الأساسية في الإدارة الحرارية للبطارية هو ضمان أن تكون درجات الحرارة أقل من الحد الأقصى لحدود التشغيل. يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى انخفاض الكفاءة ، والشيخوخة المتسارعة ، ومخاطر السلامة المحتملة. يجب أن يكون لدى المهندسين معرفة بالحرارة الناتجة عن البطارية لتصميم أنظمة التبريد بشكل كاف.

يتطلب فهم وتنبؤ السلوك الحراري لوحدات البطارية دمج رفض الحرارة للبطارية مع الخواص الميكانيكية الكهربائية لخلية البطارية. من خلال ربط الخواص الكهربائية لخلية البطارية ، يمكن توفير معدلات رفض حرارة البطارية بشكل أفضل لتصميم نظام التبريد.

الحل الهندسي

يمكن تحسين محاكاة السلوك الحراري للبطارية عبر بيانات الاختبار الفيزيائي لخلايا البطارية. يسمى نوع واحد من اختبار البطارية توصيف طاقة النبض الهجين (HPPC). يمكن أن يمكّن هذا الاختبار حساب المقاومة الداخلية للبطارية. فيما يلي مثال على نبض واحد من مثال على مجموعة بيانات HPPC. فيتتناسب المقاومة الطنامية لخلية البطارية مع انخفاض الجهد مقسومًا على التيار. يقوم Twin Builder بإنشاء قيم مقاومة من مجموعة بيانات HPPC بأكملها والتي يمكن أن تشمل مستويات متعددة وحالة الشحن (SOC). يتم استخدام هذه المقاومة جنبا إلى جنب مع تيار الدائرة والجهد للتنبؤ بقدرة فقدان حرارة الخلية.

يوفر برنامج ANSYS Twin Builder أدوات لمحاكاة وتحليل السلوك الحراري لخلايا البطارية والوحدات النمطية. من خلال إمكانات معالج البطارية ، يسمح Twin Builder للمهندسين بنمذجة التفاعلات الحرارية المعقدة وتقييم سلوك تفريغ البطارية المختلفة. Twin Builder قادر على استخدام بيانات HPPC لإنشاء قيم رفض الحرارة بسرعة.

باستخدام Twin Builder ، يمكن للمهندسين إجراء دراسات حدودية لاستكشاف تكوينات التصميم المختلفة. يتيح ذلك تحديد الحلول التي تضمن توزيع درجة الحرارة الموحدة وتبديد الحرارة الفعال ، وتحسين أداء البطارية والسلامة في نهاية المطاف.

لمواجهة تحديات الإدارة الحرارية ، يمكن للمهندسين تقييم مدخلات متعددة باستخدام برنامج ANSYS. يمكن أن تشمل هذه المدخلات بيانات مختلفة للخلايا ، ومعدل C ، و HPPC. تسمح إمكانات محاكاة Twin Builder بتقييم هذه المدخلات المختلفة.

طريقة

يتضمن إعداد محاكاة البطارية مع Builder Twin ANSYS في هذه المناقشة عدة خطوات. تتضمن هذه الخطوات خريطة الفكر وخريطة المنتج وحالة منشئ التوأم.

خريطة الفكر: يتم إنشاء خريطة فكرية لخلية البطارية لتنظيم وتمثيل الأفكار أو المفاهيم أو المعلومات بطريقة منظمة. توضح خريطة الفكر أدناه هدف دراسة المحاكاة والأسئلة التي يتم طرحها لمعالجة الهدف. يتبع كل سؤال نظرية وعمل وتنبؤ لمعالجة كل سؤال. ستضاف النتائج أيضًا إلى أسفل كل فرع عند توليدها.

خرائط المنتج: يتم إنشاء خريطة منتج لخلية البطارية في الدائرة لسرد وتصنيف ميزات المنتج. تشير خريطة المنتج إلى العوامل التي تتوافق مع النظريات/الإجراءات في خريطة الفكر.

تعرض الخريطة أدناه مثالًا على ملف بيانات Battery HPPC ودائرة منشئ التوأم. عناصر النص باللون الأحمر عوامل متغيرة أو ثابتة.

تعرض الخريطة أدناه مثالًا على مجموعة بيانات HPPC للبطارية ونبضات الجهد المعالجة للدراسة. عناصر النص باللون الأحمر عوامل متغيرة.

Twin Builder Simulation: يتم إنشاء نماذج باني التوأم حسب الدراسات التي تنتجها خريطة الفكر. في هذه الحالة ، يتم استخدام DOE المكسور المكسور من 7 عوامل ، مما يؤدي إلى 8 علاجات منشئ توأم فريدة من نوعها. تُظهر الصور أدناه تسلسل خطوات ملء المدخلات لطراز البطارية. الصورة الأولى هي أداة تكوين الخلية داخل معالج البطارية ، والثاني هو الخلية الناتجة في الدائرة.

يستخدم المصدر الحالي ملف تعريف شبه منحرف بسعة 10 أمبير لمدة 10 ثوانٍ بعد تأخير أولي قدره 20 ثانية.

يتم تنفيذ حسابات المحاكاة لإنشاء النتائج ، مع التركيز على فقدان حرارة خلايا البطارية والجهد والتيار. يتم تحليل بيانات العلاجات عن فقدان الحرارة للإجابة على أسئلة النظرية وتأكيد أو تناقض التنبؤات.

نتائج محاكاة بطارية Twin Builder

التحليل الرسومي: يعرض الرسم البياني أدناه نتائج فقدان طاقة خلية البطارية العابرة للعلاجات. يشير الرسم البياني إلى أن عمق الجهد هو العامل الأكثر أهمية. عندما يكون انخفاض الجهد في بيانات HPPC أكبر ، تكون مقاومة البطارية أعلى ، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة. عوامل الإدخال الأخرى تسبب تباينًا أصغر في فقدان الحرارة.

المخططات أدناه أيضا كل عرض أن عمق جهد HPPC هو العامل الأكثر أهمية في فقدان طاقة الخلية. درجة حرارة إدخال الدائرة ، الحالية HPPC ، وسعة بطارية البناء التوأم ذات أهمية معتدل. تحول الجهد وتمتد الوقت له تأثير ضئيل.

الملاحظات

عمق انخفاض الجهد: يؤدي عمق انخفاض الجهد العالي في نبض HPPC إلى مقاومة داخلية أعلى ، وبالتالي فقدان الحرارة العالية.

درجة حرارة الدائرة: تؤثر درجة حرارة الدائرة على المقاومة بشكل معتدل لأن انخفاض الجهد للبقول عند 25 درجة مئوية أكبر من تلك الموجودة في 45 درجة مئوية. انخفاضات الجهد الأكبر تؤدي إلى ارتفاع مقاومة وفقدان الحرارة أعلى.

بيانات HPPC الحالية: ينتج عن تيار أعلى محدد في ملف HPPC مقاومة أصغر ، وبالتالي فقدان حرارة أصغر.

سعة خلية معالج البطارية: كان للسعة الخلية تأثير بسيط على المقاومة على المقاومة ، وبالتالي التأثير البسيط على فقدان الحرارة.

HPPC SOC: كان لـ HPPC SOC تأثير بسيط على المقاومة على المقاومة ، وبالتالي ، تأثير بسيط على فقدان الحرارة.

تحول الجهد: تحول الجهد له تأثير ضئيل على المقاومة ، وبالتالي ، التأثير ضئيل على فقدان الحرارة.

امتداد وقت الجهد: امتداد الوقت له تأثير ضئيل على انخفاض جهد النبض ، وبالتالي ، تأثير ضئيل على فقدان الحرارة.

ملخص

استغرق كل من محاكاة البناء التوأم أقل من ثانيتين لحلها. يمكن للمهندس تحديد فقدان الحرارة الحراري لخلايا البطارية بسرعة من بيانات HPPC.

انضم إلى منتدى المصممين

خبرتك ضرورية للمجتمع. انضم إلينا وساهم بمعرفتك

شارك وتعلّم وتقدّم مع أفضل المحترفين في هذا المجال