배터리 시스템 통합 - 심층 조사1

관리자
2024-07-02
조회수 17


배터리 전기 열 결합(ETC) 분석


전기 - 열 커플링(ETC) 모델이란 무엇입니까?

ETC(Electro-Thermal Coupled) 배터리 모델은 배터리 모듈 또는 팩의 전기 및 열 거동을 시뮬레이션하는 양방향 결합 전기 열 모델입니다.

CFD 기반 ETC는 CFD를 열 모델로 사용합니다.

시스템 등은 열 네트워크 또는 ROM을 사용합니다.


배터리 등가 회로 모델

ECM 모델은 개방 회로 전압 소스(VOC), 직렬 연결된 내부 저항(RS) 및 하나 이상의 저항 - 콘덴서 유닛 쌍으로 구성됩니다.

ECM 매개변수는 일반적으로 SoC(CHARGE) 상태와 온도의 함수입니다.

ECM 파라미터는 일반적으로 하이브리드 펄스 전력 특성 분석(HPPC)테스트 데이터에서 식별됩니다.

ECM은 어떻게 작동합니까?


HPPC 데이터

- 하이브리드 펄스 전력 특성화(HPPC)테스트는 방전 및 재생 펄스를 모두 포함하는 테스트 프로파일을 사용하여 장치의 가용 전압 범위에 대한 동적 전력 용량을 결정하기 위한 것 입니다.

(사람들은 ECM파라미터 식별에도 HPPC가 유용하다고 생각합니다.)

- 테스트절차 (실제 그림 아님)

  • 테스트는 완전히 충전된 배터리가 휴지 기간으로 시작됩니다.
  • 배터리는 펄스 전력 부하로 방전된 후 방전되어 다음 SoC레벨에 도달합니다.
  • 이 절차는 여러 SoC 수준에 대해 반복됩니다.

배터리 셀 ECM 식별

- 6P 셀 레벨 ECM은 HPPC 데이터에서 식별할 수 있습니다.

- 4P ECM(1RC쌍)도 지원됩니다.

- ECM 매개변수는 SoC와 온도의 함수입니다.

(ECM파라미터에 대한 2D 조회 테이블이 생성됩니다.

CFD 기반 ETC의 열 모델 - Full 3D CFD

시스템 등의 열 모델 - 주문 축소 모델(ROM)

- 열 네트워크 접근 방식 (열 저항 및 커패시턴스의 광범위한 튜닝 및 보정 필요)

- ROM (보다 일반적이고 쉽게 생성할 수 있습니다.)

- ROM는 3D CFD 기반 ETC모델의 교육 데이터를 사용하여 생성됩니다.

ROM은 CFD만큼 정확하며 고객이 보고한 팩의 열 네트워크보다 300배 빠릅니다.

ROM은 3D CFD 기반 ETC에서 단 몇 분만 추가하면 생성됩니다.


Twin Builder에서 ECM과 ROM의 커플링

ROM은 GT Suite 및 simulink와 같이 FMU를 수용하는 타사시스템 툴로 내보낼 수 있습니다.

ROM을 BMS의 플랜트 모델로 사용하는 것이 주요 응용 분야 중 하나입니다.


두 EMC 모델의 검증

- 이 연구에 사용된 모델은 탭과 버스 바가 있는 14S1P 구성으로 구성됩니다.

- 모듈에 부착된 냉각판을 통해 물이 흐릅니다.

- 총 메시 크기 ~6백만 셀


3DCFD 기반 ETC 모델의 결과

- 64개 코어에서 1000개의 물리적 시간에 대한 CFD 시뮬레이션은 약 1.5일이 소요되었습니다.

- CFD는 3D로 많은 고충실도 데이터를 생성합니다. 그러나 이러한 고충실도 데이터는 시스템 수준 시뮬레이션이나 BMS 설계 중에 필요하지 않을 수 있습니다.


두 ETC 모델 결과 비교 - 전기 수량


- 두 ETC 모델의 소스 전압 차이는 0.18% 이내입니다.

- 두 ETC 모델에서 예측한 Soc 차이는 0.01% 이내입니다.


두 ETC 모델 결과 비교 - 열량

두 ETC 모델에서 예측한 온도 차이는 1.5% 이내입니다.


성능 비교


요약

- Fluent CHT 시뮬레이션은 고객이 보고한 다른 공급업체보다 더 정확합니다.

- Fluent의 배터리 3D CFD 기반 ETC모델에서는 단 몇분의 인력 시간과 필료한 CPU시간이 소요됩니다.

- ROM은 CFD 모델보다 훨씬 빠릅니다.

- ROM은 3D CFD만큼 정확합니다.

- 팩 수준 시뮬레이션의 경우, Ansys ROM은 다른 공급업체에서 사용하는 열 네트쿼크 접근 방식보다 약 300배 빠릅니다.

- ROM은 BMS설계와 같이 실시간으로 필요한 응용 프로그램에 널리 사용됩니다.