배터리 시스템 통합 - 심층 조사2

관리자
2024-07-02
조회수 21


BMS제어 개발 및 검증을 위한 실시간 배터리 플랜트 모델


BMS개발/검증을 위한 실시간 배터리 플랜트 모델

도전과제

실시간 전기 열 결합(ETC) 배터리 플랜트 모델을 사용하여 BMS 개발 및 검증을 가속화합니다.


솔루션

- 높은 정확도: 3D CFD 해석으로 생성된 ROM(Reduced Order Model)은 원래 CFD모델만큼 정확합니다. (Fluent, HPC)

- 실시간 플랜트 모델: 양방향 결합 배터리 ECM 및 열 ROM 플랜트 모델의 시뮬레이션은 실시간보다 빠릅니다. (Fluent, Twin Builder)

- 상호 운용성: 예를 들어 FMU를 통해 BMS 설계/검증을 위한 타사 도구에 모델을 통합할 수 있습니다.


이점

- 주어진 고객 모델을 사용하여 경쟁업체(PT) 시스템 모델보다 400배 빠른 속도를 달성했습니다.

- 기존의 열 네트워크 기술보다 빠르고 정확하며 SME가 적습니다.

- 고객의 타사 플랜트 및 BMS 모델과 통합되어 과열 및 보호동작을 동적으로 식별하여 BMS 설계를 지원합니다.



A123 48V 액체 냉각 팩

CFD구성

- 매쉬의 크기: 유체 경계에 팽창하는 1.56백만 개의 폴리

- 셀 수: 14

- 셀의 이방성 열 전도율

- K-ε 난류 모델


ETC 모델의 열 모델

- 전산유체역학(CFD)

  • 정확하고 상세한 정보
  • 계산 비용이 많이 듭니다.


- 단일 노드 열 모델

  • 빠른 계산을 위한 팩/모듈의 대략적인 모델링
  • 각 셀 또는 BMS 부품에 대한 세부 정보가 없습니다. 대부분의 고객 요구사항을 충족하지 못합니다.


- 열 네트워크 (소형 열 모델 접근 방식)

  • CFD 결과 또는 경험을 기반으로 수동으로 모델링
  • 모델 구축에 드는 노동/시간 비용이 많이 들고 오류가 발생하기 쉽습니다.
  • 계산 비용이 많이 들 수 있음


- 차수 감소 모델(ROM) (소형 열 모델 접근 방식)

  • 자동화된 ROM생성을 갖춘 CFD 모델을 기반으로 한 체계적인 접근 방식
  • ROM은 CFD 모델만큼 정확합니다.
  • 전체 팩의 열 네트워크 접근 방식에 비해 300배 더 빠릅니다.


ROM 생성 프로세스


Simulink에 열  ROM 및 ECM 통합

- 열 ROM을 FMU 형식으로 내보냈습니다.

  • 입력1: 평균 셀 발열률 (EMC에서 계산)
  • 입력2: 냉각수 온도
  • 출력: 각 셀의 온도 (ECM으로 공급)

- Simulink의 ECM 모델과 쉽게 통합됩니다.

- 이 모델을 사용하면 모든 셀 온도를 확인할 수 있으며, 팩 테스트/구현에서는 불가능합니다. 이는 많은 OEM의 중요한 요구사항입니다.

- 통합 모델은 고객의 요청에 따라 FMU 파일로 내보낼 수도있습니다.


Cell & Cell Tab 과열 Derate 기능

- Derate (전류 크기 제한)는 팩이 과열되지 않도록 보호하는데 사용됩니다.

- 각 부품은 과열 기준이 다릅니다. 셀(0.33 -0.5), 셀 탭(0.5 -1)

- 열 및 전기 커플링으로 보호가 실현됩니다.


결합된 모델을 사용하여 함수 성능 저하

- 1000초 후에 출력 감소 발생

- 감세 전류는 셀 및 셀 탭 감세 기준의 결과입니다.


Simulink 시뮬레이션과 테스트 데이터의 상관관계

- 높은 RMS 전원 구동 사이클이 안정상태로 실행됩니다.

- ROM과 테스트 데이터 간의 평균 셀 온도 차이가 0.5C° 미만입니다.

- 오류는 주로 테스트 및 CFD 모델링에서 발생합니다.


결론

- ETC 모델은 배터리 성능 시뮬레이션 및 알고리즘 개발을 위한 강력한 도구입니다.

- ETC 모델에는 열 ROM이 사용됩니다.

- 열 네트워크 모델에 비해 ROM은 다음과 같은 이점을 제공합니다.

  • 손쉬운 사용
  • CFD만큼 정확함
  • 실시간 성능

- 열 ROM은 FMU 형식을 통해 Simulink를 포함한 다른 플랫폼과 통합할 수 있습니다.

- ROM의 실시간 성능은 BMS 설계를 위한 플랜트 모델로 탁월한 선택입니다.


참고자료