基于Speedgoat的虚拟电池仿真技术

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随着电动汽车市场占有率的逐年提升,保证动力电池和BMS的性能和安全是目前行业研究的重点,国家相关标准对电池和BMS的性能和安全性也提出了一定的要求。在对电池外特性进行研究或是运用实体电池对BMS进行测试时,实体电池存在以下缺陷:(1)实验时间长,实验条件苛刻;(2)可重复性不高,成本高昂;(3)特定状态的电池难以获取;(4)安全性得不到保障。为克服实体电池在研究和实验中存在的缺陷,本文针对电池外特性研究和BMS测试的电池建模仿真搭建HIL仿真平台做出以下研究工作:首先,阐述电池工作中影响电池性能及安全的因素,根据对电池影响因素的研究说明电池模型的选择问题。因为二阶Thevenin等效电路模型可以保证较好的实时特性同时也能够满足电池模型的精度,所以本文选取二阶Thevenin电路等效模型搭建电池仿真模型并说明该模型的不足和改进方法。其次,根据二阶Thevenin等效电路模型中的参数要求,阐明参数辨识的原理和方法,再根据参数辨识结果分析模型参数的影响因素;建立电池单体模型并通过FUDS和DST工况对模型进行验证,最后对电池过充和电池外短路异常进行分析并在电池单体模型中加入这两种异常的数据模型。然后,以单体电池模型为基础创建串并联电池单元等效电路模型;针对电池单元仿真运算复杂度高和不一致性难以设定问题,串联单元以模型矩阵化提高运行速度,运用正态分布系数实现串联电池单元的不一致性;针对并联电池单元支路电流求解问题提出一种简化电池单元模型的方法,并以蒙特卡罗仿真对支路电流分布进行验证;通过对电池参数和电池状态不一致性耦合关系的分析,阐述欧姆内阻、SOC、容量以及SOH不一致的影响因素和端电压表现规律。最后,阐明整个HIL仿真平台的架构,通过对Simulink模块进行搭建,建立电池模型的同时完成各个单元的模块连接;之后设计上位机主界面,完成对电池模拟过程中各个参数和信号的控制与显示;以电池模型为核心、以Speedgoat为中枢并设计主界面,针对HIL测试仿真平台各个硬件部分进行特点分析并完成各个组件之间的相关连接;对HIL测试仿真平台的输出结果进行分析和展示并说明HIL仿真平台的应用特性,最后运用实例分析BMS单体电压、总电流和SOC精度检测的应用结果。
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