Symulacja modelu obwodu równoważnego akumulatora w Twin Builder

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.

Wyzwania związane z projektowaniem termicznym ogniw baterii

Jednym z głównych wyzwań w zarządzaniu temperaturą akumulatorów jest zapewnienie temperatur poniżej maksymalnych limitów operacyjnych. Wyższe temperatury mogą prowadzić do zmniejszenia wydajności, przyspieszonego starzenia i potencjalnych zagrożeń dla bezpieczeństwa. Inżynierowie muszą posiadać wiedzę na temat ciepła generowanego przez akumulator, aby odpowiednio zaprojektować systemy chłodzenia.

Zrozumienie i przewidywanie zachowania termicznego modułów baterii wymaga zintegrowania odprowadzania ciepła z baterii z właściwościami elektryczno-mechanicznymi ogniwa baterii. Łącząc właściwości elektryczne ogniwa akumulatora, można uzyskać lepsze współczynniki odrzucania ciepła akumulatora przy projektowaniu układu chłodzenia.

Rozwiązanie inżynieryjne

Symulację zachowania termicznego akumulatora można poprawić za pomocą fizycznych danych testowych ogniw akumulatora. Jednym z rodzajów testowania baterii jest hybrydowa charakterystyka mocy impulsu (HPPC). Testy te umożliwiają obliczenie rezystancji wewnętrznej akumulatora. Poniżej znajduje się przykład jednego impulsu z przykładowego zestawu danych HPPC. WRezystancja wewnętrzna ogniwa akumulatora jest proporcjonalna do spadku napięcia podzielonego przez prąd. Twin Builder generuje wartości rezystancji z całego zestawu danych HPPC, który może obejmować wiele poziomów temperatury i stanu naładowania (SOC). Rezystancja ta jest wykorzystywana wraz z prądem i napięciem obwodu do przewidywania mocy strat ciepła ogniwa.

Oprogramowanie Ansys Twin Builder zapewnia narzędzia do symulacji i analizy zachowania termicznego ogniw i modułów baterii. Dzięki możliwościom kreatora baterii, Twin Builder pozwala inżynierom modelować złożone interakcje termiczne i oceniać różne zachowania rozładowania baterii. Twin Builder jest w stanie wykorzystać dane HPPC do szybkiego generowania wartości odrzucenia ciepła.

Korzystając z Twin Builder, inżynierowie mogą przeprowadzać badania parametryczne w celu zbadania różnych konfiguracji projektowych. Umożliwia to identyfikację rozwiązań, które zapewniają równomierny rozkład temperatury i wydajne rozpraszanie ciepła, ostatecznie poprawiając wydajność i bezpieczeństwo baterii.

Aby sprostać wyzwaniom związanym z zarządzaniem temperaturą, inżynierowie mogą ocenić wiele danych wejściowych za pomocą oprogramowania Ansys. Dane te mogą obejmować różne pojemności ogniw, współczynnik C i dane HPPC. Możliwości symulacji Twin Builder pozwalają na ocenę tych różnych danych wejściowych.

Metoda

Konfiguracja symulacji baterii za pomocą Ansys Twin Builder w tym omówieniu obejmuje kilka kroków. Kroki te obejmują mapę myśli, mapę produktu i konfigurację przypadku Twin Builder.

Mapa myśli: Mapa myśli komórki akumulatora jest generowana w celu uporządkowania i przedstawienia pomysłów, koncepcji lub informacji w ustrukturyzowany sposób. Poniższa mapa myśli przedstawia cel badania symulacyjnego i pytania zadane w celu osiągnięcia tego celu. Po każdym pytaniu następuje teoria, działanie i przewidywania dotyczące każdego pytania. Wyniki będą również dodawane na dole każdej gałęzi w miarę ich generowania.

Mapy produktów: Mapa produktu ogniwa baterii w obwodzie jest generowana w celu wyszczególnienia i skategoryzowania cech produktu. Mapa produktu wskazuje czynniki, które odpowiadają teoriom/działaniom na mapie myśli.

Poniższa mapa przedstawia przykładowy plik danych HPPC baterii i obwód Twin Builder. Elementy tekstowe w kolorze czerwonym to zmienne lub stałe czynniki.

Poniższa mapa przedstawia przykładowy zestaw danych HPPC akumulatora i manipulowane impulsy napięcia na potrzeby badania. Elementy tekstowe w kolorze czerwonym są czynnikami zmiennymi.

Symulacja Twin Builder: Modele Twin Builder są generowane na podstawie badań utworzonych przez mapę myśli. W tym przypadku zastosowano 7-czynnikową, 2-poziomową, ułamkowo-czynnikową metodę DOE, która skutkuje 8 unikalnymi metodami Twin Builder. Poniższe obrazy przedstawiają sekwencję kroków wypełniania danych wejściowych dla modelu baterii. Pierwszy obraz przedstawia narzędzie konfiguracji ogniwa w kreatorze baterii, a drugi ogniwo w obwodzie.

Źródło prądu wykorzystuje profil trapezowy o amplitudzie 10 A przez 10 sekund po początkowym opóźnieniu wynoszącym 20 sekund.

Obliczenia symulacyjne są wykonywane w celu wygenerowania wyników, koncentrując się na stratach ciepła ogniw akumulatora, napięciu i prądzie. Dane dotyczące strat ciepła są analizowane, aby odpowiedzieć na pytania teoretyczne i potwierdzić lub zaprzeczyć przewidywaniom.

Wyniki symulacji baterii Twin Builder

Analiza graficzna: Poniższy wykres przedstawia przejściowe wyniki utraty mocy ogniw akumulatora dla zabiegów. Wykres wskazuje, że głębokość napięcia jest najważniejszym czynnikiem. Gdy spadek napięcia w danych HPPC jest większy, rezystancja akumulatora jest wyższa, co skutkuje większą utratą mocy. Inne czynniki wejściowe powodują mniejsze zmiany w utracie ciepła.

Poniższe wykresy pokazują również, że głębokość napięcia HPPC jest najważniejszym czynnikiem wpływającym na utratę mocy ogniwa. Temperatura wejściowa obwodu, prąd HPPC i pojemność baterii Twin Builder mają niewielkie znaczenie. Przesunięcie napięcia i rozciągnięcie w czasie mają znikomy wpływ.

Obserwacje

Głębokość spadku napięcia: Wyższa głębokość spadku napięcia w impulsie HPPC skutkuje wyższą rezystancją wewnętrzną, a tym samym wyższymi stratami ciepła.

Temperatura obwodu: Temperatura obwodu ma niewielki wpływ na rezystancję, ponieważ spadki napięcia dla impulsów w temperaturze 25C są większe niż w temperaturze 45C. Większe spadki napięcia skutkują wyższą rezystancją i większymi stratami ciepła.

HPPC Data Current: Wyższy prąd określony w pliku HPPC skutkuje mniejszą rezystancją, a tym samym mniejszymi stratami ciepła.

Pojemność ogniw Battery Wizard: Pojemność ogniwa miała niewielki wpływ na rezystancję, a tym samym niewielki wpływ na straty ciepła.

HPPC SOC: HPPC SOC miał niewielki wpływ na opór na opór, a tym samym niewielki wpływ na straty ciepła.

Voltage Shift: Przesunięcie napięcia ma znikomy wpływ na rezystancję, a tym samym znikomy wpływ na straty ciepła.

Voltage Time Stretch: Rozciągnięcie czasowe ma pomijalny wpływ na spadek napięcia impulsu, a tym samym pomijalny wpływ na straty ciepła.

Podsumowanie

Rozwiązanie symulacji Twin Builder zajęło mniej niż 2 sekundy. Inżynier może szybko określić termiczne straty ciepła dla ogniwa akumulatora na podstawie danych HPPC.

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.