Twin Builder’da Akü Eşdeğer Devre Modeli Simülasyonu

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.

Batarya Hücresi Termal Tasarım Zorlukları

Akü termal yönetimindeki temel zorluklardan biri, sıcaklıkların maksimum çalışma sınırlarının altında olmasını sağlamaktır. Daha yüksek sıcaklıklar verimliliğin azalmasına, yaşlanmanın hızlanmasına ve potansiyel güvenlik tehlikelerine yol açabilir. Mühendisler, soğutma sistemlerini uygun şekilde tasarlamak için bir bataryanın ürettiği ısı hakkında bilgi sahibi olmalıdır.

Batarya modüllerinin termal davranışını anlamak ve tahmin etmek, bir bataryanın ısı reddini batarya hücresinin elektrik-mekanik özellikleriyle bütünleştirmeyi gerektirir. Bir batarya hücresinin elektriksel özelliklerini birbirine bağlayarak, soğutma sistemi tasarımı için daha iyi batarya ısı reddetme oranları kullanılabilir hale getirilebilir.

Mühendislik Çözümü

Batarya termal davranışının simülasyonu, batarya hücrelerinin fiziksel test verileri ile geliştirilebilir. Bir tür batarya testine Hibrit Darbe Gücü Karakterizasyonu (HPPC) adı verilir. Bu test, akü iç direncinin hesaplanmasını sağlayabilir. Aşağıda örnek bir HPPC veri setinden bir darbe örneği verilmiştir. İçindeBir pil hücresinin iç direnci, gerilim düşüşünün akıma bölünmesiyle orantılıdır. Twin Builder, birden fazla sıcaklık ve Şarj Durumu (SOC) seviyesini içerebilen tüm bir HPPC veri setinden direnç değerleri üretir. Bu direnç, hücre ısı kaybı gücünü tahmin etmek için devre akımı ve voltajı ile birlikte kullanılır.

Ansys Twin Builder yazılımı, batarya hücrelerinin ve modüllerinin termal davranışını simüle etmek ve analiz etmek için araçlar sağlar. Twin Builder, Batarya Sihirbazı yetenekleri ile mühendislerin karmaşık termal etkileşimleri modellemesine ve farklı batarya deşarj davranışlarını değerlendirmesine olanak tanır. Twin Builder, ısı reddi değerlerini hızlı bir şekilde oluşturmak için HPPC verilerini kullanabilir.

Mühendisler Twin Builder’ı kullanarak çeşitli tasarım konfigürasyonlarını keşfetmek için parametrik çalışmalar yapabilirler. Bu, eşit sıcaklık dağılımı ve verimli ısı dağılımı sağlayan çözümlerin tanımlanmasını sağlar ve sonuçta pil performansını ve güvenliğini artırır.

Termal yönetim zorluklarını ele almak için mühendisler Ansys yazılımını kullanarak birden fazla girdiyi değerlendirebilir. Bu girdiler farklı hücre kapasitesi, C-Rate ve HPPC verilerini içerebilir. Twin Builder’ın simülasyon yetenekleri, bu farklı girdilerin değerlendirilmesine olanak tanır.

Yöntem

Bu tartışmada Ansys Twin Builder ile batarya simülasyonlarının kurulması birkaç adım içermektedir. Bu adımlar düşünce haritası, ürün haritası ve Twin Builder vaka kurulumunu içerir.

Düşünce Haritası: Fikirleri, kavramları veya bilgileri yapılandırılmış bir şekilde düzenlemek ve temsil etmek için batarya hücresinin düşünce haritası oluşturulur. Aşağıdaki düşünce haritası simülasyon çalışmasının hedefini ve bu hedefi ele almak için sorulan soruları göstermektedir. Her soruyu bir teori, eylem ve her soruyu ele alan bir tahmin takip etmektedir. Sonuçlar üretildikçe her bir dalın altına da eklenecektir.

Ürün Haritaları: Ürün özelliklerini listelemek ve kategorize etmek için devredeki pil hücresinin bir ürün haritası oluşturulur. Bir ürün haritası, düşünce haritasındaki teorilere/eylemlere karşılık gelen faktörleri gösterir.

Aşağıdaki haritada örnek bir akü HPPC veri dosyası ve bir Twin Builder devresi gösterilmektedir. Kırmızı renkli metin öğeleri değişken veya sabit faktörlerdir.

Aşağıdaki harita örnek bir batarya HPPC veri setini ve çalışma için manipüle edilmiş voltaj darbelerini göstermektedir. Kırmızı renkli metin öğeleri değişken faktörlerdir.

İkiz İnşaatçı Simülasyonu: Twin Builder modelleri, düşünce haritası tarafından üretilen çalışmalara göre oluşturulur. Bu durumda 7 faktörlü, 2 seviyeli, kesirli faktöriyel bir DOE kullanılmakta ve bu da 8 benzersiz İkiz Oluşturucu uygulaması ile sonuçlanmaktadır. Aşağıdaki resimler, batarya modeli için girdilerin doldurulmasına yönelik adımların sırasını göstermektedir. İlk görüntü Pil Sihirbazı içindeki Hücre Yapılandırma Aracına, ikincisi ise bir devrede ortaya çıkan hücreye aittir.

Akım kaynağı, 20 saniyelik bir başlangıç gecikmesinden sonra 10 saniye süreyle 10 Amper genlikli trapezoidal bir profil kullanır.

Simülasyon hesaplamaları, batarya hücresi ısı kaybı, voltaj ve akıma odaklanarak sonuçları üretmek için yürütülür. Teorik soruları cevaplamak ve tahminleri doğrulamak veya çelişmek için ısı kaybı verileri analiz edilir.

Twin Builder Batarya Simülasyon Sonuçları

Grafiksel Analiz: Aşağıdaki grafikte tedaviler için geçici batarya hücresi güç kaybı sonuçları gösterilmektedir. Grafik, voltaj derinliğinin en önemli faktör olduğunu göstermektedir. HPPC verilerindeki voltaj düşüşü daha büyük olduğunda, batarya direnci daha yüksektir ve bu da daha yüksek güç kaybına neden olur. Diğer girdi faktörleri ısı kaybında daha küçük değişikliklere neden olur.

Aşağıdaki grafiklerin her biri de HPPC voltaj derinliğinin hücre güç kaybı üzerindeki en önemli faktör olduğunu göstermektedir. Devre giriş sıcaklığı, HPPC akımı ve Twin Builder batarya kapasitesi hafif derecede önemlidir. Gerilim kayması ve zaman uzamasının ihmal edilebilir bir etkisi vardır.

Gözlemler

Gerilim Düşümü Derinliği: Bir HPPC darbesinde daha yüksek voltaj düşüş derinliği, daha yüksek iç direnç ve dolayısıyla daha yüksek ısı kaybı ile sonuçlanır.

Devre Sıcaklığı: Devre sıcaklığı direnci hafifçe etkiler çünkü 25C’deki darbeler için voltaj düşüşleri 45C’dekilerden daha büyüktür. Daha büyük voltaj düşüşleri daha yüksek direnç ve daha yüksek ısı kaybına neden olur.

HPPC Veri Akımı: HPPC dosyasında belirtilen daha yüksek akım, daha küçük direnç ve dolayısıyla daha az ısı kaybı ile sonuçlanır.

Pil Sihirbazı Hücre Kapasitesi: Hücre kapasitesinin direnç üzerinde küçük bir etkisi ve dolayısıyla ısı kaybı üzerinde de küçük bir etkisi olmuştur.

HPPC SOC: HPPC SOC’nin direnç üzerinde küçük bir etkisi ve dolayısıyla ısı kaybı üzerinde küçük bir etkisi olmuştur.

Voltaj Kayması: Gerilim kaymasının direnç üzerinde ihmal edilebilir bir etkisi vardır ve bu nedenle ısı kaybı üzerinde ihmal edilebilir bir etkisi vardır.

Gerilim Zaman Uzaması: Zaman esnemesinin darbe gerilimi düşüşü üzerinde ihmal edilebilir bir etkisi vardır ve bu nedenle ısı kaybı üzerinde ihmal edilebilir bir etkisi vardır.

Özet

Twin Builder simülasyonlarının her birinin çözümü 2 saniyeden az sürdü. Mühendis, HPPC verilerinden bir batarya hücresi için termal ısı kaybını hızlı bir şekilde belirleyebilir.

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.