Modélisation de batterie

Modélisez des batteries pour concevoir des systèmes alimentés par batteries

Les modèles de batteries sont devenus un outil incontournable pour le design de systèmes alimentés par batteries. Ils sont utilisés pour la caractérisation de batterie, l'estimation de l'état de charge (SoC) et de l'état de santé (SoH), le développement d'algorithmes, l'optimisation au niveau système et la simulation en temps réel pour la conception de système de gestion de batterie.

Les modèles de batteries basés sur circuits équivalents sont privilégiés pour les applications de contrôle et de développement au niveau système, du fait de leur relative simplicité. Les ingénieurs utilisent les circuits équivalents pour modéliser le comportement thermoélectrique des batteries, en paramétrant leurs éléments non linéaires avec des techniques de corrélation qui combinent des modèles et des mesures expérimentales via optimisation.

Circuit équivalent d'une batterie avec trois constantes de temps distinctes, une résistance interne et un potentiel en circuit ouvert.

Caractérisation de batteries

La première étape dans le développement d'un modèle précis de batterie consiste à créer et paramétrer un circuit équivalent qui reflète le comportement non linéaire et les dépendances en température, SoC, SoH et courant. Ces dépendances sont propres à la chimie de chaque batterie. Elles doivent être déterminées à l'aide de mesures effectuées sur des cellules de batterie du même type que celles pour lesquelles le contrôleur est conçu. Des exemples de modèles de batteries sont disponibles au téléchargement sur MATLAB Central.

Réponse en tension (partie supérieure) à un courant pulsé (partie centrale) et état de charge qui en résulte (partie inférieure) pour une batterie lithium-ion NMC (nickel-manganèse-cobalt).

Estimation de l'état de charge (SoC)

Le développement d'algorithmes pour l'estimation du SoC est l’une des applications courantes mettant en jeu des modèles de batterie. La mesure de la tension en circuit ouvert (OCV) et l'intégration du courant (comptage de coulomb) peuvent donner des estimations raisonnables du SoC. Cependant, pour estimer le SoC des technologies modernes de batteries qui présentent des courbes de décharge OCV/SoC plates, il est nécessaire d’utiliser une autre approche, telle que le filtrage de Kalman.

Usure

Au fil du temps, les batteries s'usent du fait de leur durée de vie et des cycles de charge-décharge, entraînant une perte progressive de la capacité de réserve et une augmentation de la résistance interne. Le système de gestion de batterie (BMS, « battery management system ») doit s’adapter à ces changements pour contrôler efficacement la batterie. Les modèles de batteries peuvent vous aider à développer un BMS tenant compte de l'usure.

Usure progressive d'une batterie lithium-ion indiquée par une augmentation de la résistance interne (R0) et des constantes de temps (τ1 , τ2 , τ3), avec une variation minime du potentiel en circuit ouvert (Em).

Simulation temps-réel

Les tests HIL (Hardware-in-the-loop) de BMS sont une autre application répandue des modèles de batteries. Un modèle de batterie créé pour un design de niveau système peut être réutilisé dans le cadre d’une simulation temps-réel (HIL).

Pour en savoir plus sur la modélisation de batteries, consultez les exemples, les webinaires et les documents de conférences ci-dessous qui font appel aux produits MATLAB® et Simulink®.

Développement d’un BMS avec Simulink

Démarrez par des tâches basiques jusqu’à des opérations plus avancées en suivant des exemples et des tutoriels interactifs.

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