Simulink中的Battery模块用法概述
1、概述
如果进行电池soc的建模，常常会用到simulink中的battery模块，本期基于matlab中的help文件，会大家概述battery模块的用法。simulink中的battery模块如下图所示：
双击battery模块会出现参数设置的界面：
如果为battery charge capacity参数选择infinite，则模块将电池建模为串联电阻器和恒压源。如果您为battery charge capacity参数选择finite，则模块将电池建模为串联电阻器和与充电相关的电压源。在有限情况下，电压是电荷的函数，具有以下关系：
式中，soc（荷电状态）是当前充电与额定电池容量的比率。v0是电池在空载时充满电时的电压，由额定电压vnom参数定义。β是一个常数。
2、电池衰退模型
对于具有有限电池充电容量的电池型号，可以根据放电循环的次数对电池性能退化进行建模。这种劣化称为电池衰退。
式中，λah是电池标称容量的乘数。λr0是电池串联电阻的乘数。λv1是电压v1的乘数。n是完成的放电循环次数。n0是模拟开始前完成的完整放电循环次数。ah是以安培小时为单位的额定电池容量。i(t)是瞬时电池输出电流。h(i(t))是瞬时电池输出电流的heaviside函数。如果参数为负，则此函数返回0，如果参数为正，则返回1。
3、热效应建模
式中，t是电池温度。t1是标称测量温度。λv是v0的参数温度相关系数。β的计算方法与 battery model 相同，
内部串联电阻、自放电电阻和任何电荷动态电阻也是温度的函数：
式中，λr是参数温度相关系数。
4、电池动力学模型
可以使用charge dynamics参数对电池充电动态进行建模：
no dynamics——等效电路不包含并联rc部分。电池的端电压和内部充电电压之间没有延迟。
one time-constant dynamics——等效电路包含一个并联rc部分。使用第一个时间常数参数指定时间常数。
two time-constant dynamics——等效电路包含两个并联的rc部分。使用第一个时间常数和第二个时间常数参数指定时间常数。
three time-constant dynamics——等效电路包含三个并联的rc部分。使用第一个时间常数、第二个时间常数和第三个时间常数参数指定时间常数。
four time-constant dynamics——等效电路包含四个并联的rc部分。使用第一个时间常数、第二个时间常数、第三个时间常数和第四个时间常数参数指定时间常数。
five time-constant dynamics——等效电路包含五个并联的rc部分。使用第一个时间常数、第二个时间常数、第三个时间常数、第四个时间常数和第五个时间常数参数指定时间常数。
下图为two time-constant dynamics模型图：
rrc1和rrc2是并联的rc电阻。分别使用第一极化电阻（first polarization resistance）和第二极化电阻（second polarization resistance）参数指定这些值。
crc1和crc2是并联的rc电容。时间常数τ使用关系式c=τ/r将r和c值关联起来。分别使用第一个时间常数（first time constant）和第二个时间常数（second time constant）参数为每个部分指定τ。
r0是串联电阻。使用内阻（internal resistance）参数指定该值。
5、绘制电压-电荷特性
快速绘图功能可让您可视化电池模型参数值的电压-充电特性。要绘制特性图，请右键单击模型中的battery模块，然后从上下文菜单中选择electrical > basic 特性。软件根据模块参数值自动计算一组偏置条件，并打开一个图形窗口，其中包含模块的空载电压与荷电状态（soc）的关系图。
6、参数
nominal voltage, vnom — output voltage when battery is fully charged
电池充满电时的空载电压。
internal resistance — battery internal resistance
电池内阻
battery charge capacity — select battery model
选择用于建模电池充电容量的选项之一：
infinite——电池电压与从电池汲取的电量无关。
finite——电池电压随着电量的减少而降低。
ampere-hour rating — nominal battery capacity when fully charged
以安培小时为单位的最大（标称）电池电量。
voltage v1 when charge is ah1 — output voltage at charge level ah1
充电电平为ah1时的电池基波输出电压，由charge ah1 when empty电压为v1参数指定。
该参数必须小于标称电压vnom。
charge ah1 when no-load voltage is v1 — charge level when the no-load output voltage is v1
充电为ah1参数时voltage v1指定的空载输出电压对应的电池充电电平。
7、仿真
以12v的铅酸电池模型为例，搭建的电池充放电模型如下图所示：
其中，soc calculation表示安时积分法。仿真结果如下图所示：
由此可知，battery模型能很好的反应soc的变化关系。
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如果进行电池soc的建模，常常会用到simulink中的battery模块，本期基于matlab中的help文件，会大家概述battery模块的用法。simulink中的battery模块如下图所示：
双击battery模块会出现参数设置的界面：
如果为battery charge capacity参数选择infinite，则模块将电池建模为串联电阻器和恒压源。如果您为battery charge capacity参数选择finite，则模块将电池建模为串联电阻器和与充电相关的电压源。在有限情况下，电压是电荷的函数，具有以下关系：
式中，soc（荷电状态）是当前充电与额定电池容量的比率。v0是电池在空载时充满电时的电压，由额定电压vnom参数定义。β是一个常数。
2、电池衰退模型
对于具有有限电池充电容量的电池型号，可以根据放电循环的次数对电池性能退化进行建模。这种劣化称为电池衰退。
式中，λah是电池标称容量的乘数。λr0是电池串联电阻的乘数。λv1是电压v1的乘数。n是完成的放电循环次数。n0是模拟开始前完成的完整放电循环次数。ah是以安培小时为单位的额定电池容量。i(t)是瞬时电池输出电流。h(i(t))是瞬时电池输出电流的heaviside函数。如果参数为负，则此函数返回0，如果参数为正，则返回1。
3、热效应建模
式中，t是电池温度。t1是标称测量温度。λv是v0的参数温度相关系数。β的计算方法与 battery model 相同，
内部串联电阻、自放电电阻和任何电荷动态电阻也是温度的函数：
式中，λr是参数温度相关系数。
4、电池动力学模型
可以使用charge dynamics参数对电池充电动态进行建模：
no dynamics——等效电路不包含并联rc部分。电池的端电压和内部充电电压之间没有延迟。
one time-constant dynamics——等效电路包含一个并联rc部分。使用第一个时间常数参数指定时间常数。
two time-constant dynamics——等效电路包含两个并联的rc部分。使用第一个时间常数和第二个时间常数参数指定时间常数。
three time-constant dynamics——等效电路包含三个并联的rc部分。使用第一个时间常数、第二个时间常数和第三个时间常数参数指定时间常数。
four time-constant dynamics——等效电路包含四个并联的rc部分。使用第一个时间常数、第二个时间常数、第三个时间常数和第四个时间常数参数指定时间常数。
five time-constant dynamics——等效电路包含五个并联的rc部分。使用第一个时间常数、第二个时间常数、第三个时间常数、第四个时间常数和第五个时间常数参数指定时间常数。
下图为two time-constant dynamics模型图：
rrc1和rrc2是并联的rc电阻。分别使用第一极化电阻（first polarization resistance）和第二极化电阻（second polarization resistance）参数指定这些值。
crc1和crc2是并联的rc电容。时间常数τ使用关系式c=τ/r将r和c值关联起来。分别使用第一个时间常数（first time constant）和第二个时间常数（second time constant）参数为每个部分指定τ。
r0是串联电阻。使用内阻（internal resistance）参数指定该值。
5、绘制电压-电荷特性
快速绘图功能可让您可视化电池模型参数值的电压-充电特性。要绘制特性图，请右键单击模型中的battery模块，然后从上下文菜单中选择electrical > basic 特性。软件根据模块参数值自动计算一组偏置条件，并打开一个图形窗口，其中包含模块的空载电压与荷电状态（soc）的关系图。
6、参数
nominal voltage, vnom — output voltage when battery is fully charged
电池充满电时的空载电压。
internal resistance — battery internal resistance
电池内阻
battery charge capacity — select battery model
选择用于建模电池充电容量的选项之一：
infinite——电池电压与从电池汲取的电量无关。
finite——电池电压随着电量的减少而降低。
ampere-hour rating — nominal battery capacity when fully charged
以安培小时为单位的最大（标称）电池电量。
voltage v1 when charge is ah1 — output voltage at charge level ah1
充电电平为ah1时的电池基波输出电压，由charge ah1 when empty电压为v1参数指定。
该参数必须小于标称电压vnom。
charge ah1 when no-load voltage is v1 — charge level when the no-load output voltage is v1
充电为ah1参数时voltage v1指定的空载输出电压对应的电池充电电平。
7、仿真
以12v的铅酸电池模型为例，搭建的电池充放电模型如下图所示：
其中，soc calculation表示安时积分法。仿真结果如下图所示：
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