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EquiCircuit-等效电路电芯

1)        模型路径

TYBattery.Cells.EquiCircuitCell

2)        图标设计

等效电路电芯图

3)        功能描述

等效电路电芯模型集成了电气、热力学与老化三个子模型，能够准确模拟圆柱和棱柱电芯的电‑热耦合特性。电气部分采用双RC等效电路结构，其中开路电压、电阻和电容参数均通过多项式与指数项组合的经验模型进行描述，以捕捉其随SOC变化的非线性关系。热动力学部分基于热容‑热导网络建模，并沿电芯外表面进行离散化处理，实现温度分布的动态仿真。老化模型同时涵盖循环老化与日历老化机制，通过健康状态（SOH）的衰减及内阻增长（SOHR）来反映电芯的性能衰退过程。

4)        模型假设

无

5)        模型接口

接口

变量

范围/单位

数据维度

数据类型

描述

p

v

V

[1]

Real

接口电压

i

A

[1]

Real

接口电流

n

v

V

[1]

Real

接口电压

i

A

[1]

Real

接口电流

CylindricHeatPort

port_a

Q_flow

W

[1]

Real

接口热流量

T

K

[1]

Real

接口温度

positivePin

Q_flow

W

[1]

Real

接口热流量

T

K

[1]

Real

接口温度

negativePin

Q_flow

W

[1]

Real

接口热流量

T

K

[1]

Real

接口温度

PrismaticHeatPort

top

Q_flow

W

[N_x,N_y]

Real

接口热流量

T

K

[N_x,N_y]

Real

接口温度

bottom

Q_flow

W

[N_x,N_y]

Real

接口热流量

T

K

[N_x,N_y]

Real

接口温度

front

Q_flow

W

[N_x,N_y]

Real

接口热流量

T

K

[N_x,N_y]

Real

接口温度

back

Q_flow

W

[N_x,N_y]

Real

接口热流量

T

K

[N_x,N_y]

Real

接口温度

left

Q_flow

W

[N_x,N_y]

Real

接口热流量

T

K

[N_x,N_y]

Real

接口温度

right

Q_flow

W

[N_x,N_y]

Real

接口热流量

T

K

[N_x,N_y]

Real

接口温度

positivePin

Q_flow

W

[N_x,N_y]

Real

接口热流量

T

K

[N_x,N_y]

Real

接口温度

negativePin

Q_flow

W

[N_x,N_y]

Real

接口热流量

T

K

[N_x,N_y]

Real

接口温度

BatteryCellBus

v

V

[1]

Real

电压

i

A

[1]

Real

电流

T

degC

[1]

Real

温度

T_max

degC

[1]

Real

最大温度

T_min

degC

[1]

Real

最小温度

SOC

/

[1]

Real

SOC

SOH

/

[1]

Real

SOH

a_C

C

[1]

Real

实际电荷容量

n_C

C

[1]

Real

标称电荷容量

6)        模型参数

tab参数

group参数

参数名称

默认值

单位

参数描述

常规

结构选择

structure

"圆柱"

/

结构类型选择，圆柱形或棱柱型

热特性

离散化

N_surface_C

1

 

圆周热端口数量

N_verticalElements_C

1

/

垂直方向热特性离散化数量

N_verticalElements_P

1

/

垂直方向热特性离散化数量

圆柱模型选择

thermalModelC

离散热模型-圆柱

/

热模型类型

棱柱模型选择

thermalModelP

恒温模型-棱柱

/

热模型类型

电特性

缩放

scalingFactorElectric

1

/

缩放因子

容量

C_nominalOriginal

0.85 * 3600

C

未考虑缩放标称容量

内阻

epsilonI

(C_nominalOriginal * scalingFactorElectric / 3600) / 20

A

用于计算R_total的当前阈值

开路电压

OCVa

-1.031

/

开路电压系数a

OCVb

-35

/

开路电压系数b

OCVc

3.685

/

开路电压系数c

OCVd

0.2156

/

开路电压系数d

OCVe

-0.1178

/

开路电压系数e

OCVf

0.3201

/

开路电压系数f

串联电阻

RSeriesa

0.1562

/

串联电阻系数a

RSeriesb

-24.37

/

串联电阻系数b

RSeriesc

0.07446

/

串联电阻系数c

短动态电阻

RShorta

0.3208

/

短动态电阻系数a

RShortb

-29.14

/

短动态电阻系数b

RShortc

0.04669

/

短动态电阻系数c

短动态电容

CShorta

-752.9

/

短动态电容系数a

CShortb

-13.51

/

短动态电容系数b

CShortc

703.6

/

短动态电容系数c

长动态电阻

RLonga

6.603

/

长动态电阻系数a

RLongb

-155.2

/

长动态电阻系数b

RLongc

0.04984

/

长动态电阻系数c

长动态电容

CLonga

-6056

/

长动态电容系数a

CLongb

-27.12

/

长动态电容系数b

CLongc

4475

/

长动态电容系数c

7)        模型变量

变量类型

变量名称

单位

类型

描述

结果变量

v

V

Real

两端口电压差

i

A

Real

电芯电流

T

K

Real

温度

P_ideal

W

Real

无损理想功率

P_loss

W

Real

内部功率损失

SOC

/

Real

电荷状态

OCV

V

Real

开路电压

C_actual

C

Real

实际电荷量

C_nominal

C

Real

考虑缩放标称容量

SOH

/

Real

健康状态

8)        参数设置

无

9)        模型原理

使用等效电路的电池模型由三个可替换的子模型组成：热模型（定义电池的热特性和几何特性）、电气模型（包含等效电路并定义电气特性，例如电荷状态、容量）和老化模型（计算日历老化和循环老化的健康状态）。

1)        热模型

热模型定义几何结构并计算电池单元的温度。电池库提供了不同的1D热模型供电池使用：

         恒定温度: 一个简单的热模型，将电池温度设置为恒定值；

         基于材料的模型: 可以在高度方向上离散化的热模型，并用几何和材料数据进行参数化；

         直接参数化: 可以在高度方向上离散化的热模型，其中热容和导体模型直接参数化，而不考虑几何和材料数据。

2)        电气模型

锂离子电池的等效电路由两个RC元件和一个串联电阻组成。

①开路电压特性

②与SOC相关的电阻，包括串联电阻、短动态电阻、长动态电阻：

③与SOC相关的电容，包括短动态电容、长动态电容：

3)        老化模型

老化模型描述了电池在使用过程中电气特性的退化，由两部分组成：循环老化部分和日历老化部分。老化模型提供了电池单元老化模拟所需的组件，主要包含三种电池单元：

         NMC电池单元，该模型计算健康状态（SOH）的下降和内阻增加（SOHR）。对于循环老化，它检测单个循环并分别评估每个循环的容量损失。循环老化和日历老化叠加在一起。

         LFP高功率电池单元，该模型仅计算健康状态（SOH）的下降，内阻不受模型影响。对于循环老化，采用安时计数法。模型在循环老化和日历老化之间切换。

         NCM_LMO电池单元，该模型仅计算健康状态（SOH）的下降，内阻不受模型影响。对于循环老化，采用安时计数法。循环老化和日历老化叠加在一起。

①      循环老化模型

        用于NMC电池单元的循环老化模型

由于循环效应导致的容量减少（SOH）和内阻增加（SOHR）被描述为电池电荷通过量 Q 的函数：

该函数通过经验因子和进行校准。这些因子取决于应用负载循环的放电深度（DOD）或充电深度（DOC），以及负载循环期间电池单元的平均开路电压（OCV）。

        用于LFP电池单元的循环老化模型

相对容量损失通过以下公式计算：

其中、时间指数（）、因子alpha和活化能为参数。时间指数（）、因子alpha和活化能为常数。由SOC依赖的查找表定义。

容量损失的方程重新排列为：

这样，模型中的老化行为由已损失的容量而非充电量来定义。该模型不影响SOHR。

        用于NCM/LMO电池单元的循环老化模型

相对容量损失通过以下公式计算：

其中预指数因子和指数因子与温度相关：

容量损失的方程重新排列为：

这样，模型中的老化行为由已损失的容量而非充电量来定义。该模型不影响SOHR。

②      日历老化模型

        适用于NMC单元的日历老化模型

SOH和SOHR通过时间依赖方程计算：

其中，a、b、时间指数（上述方程中的和）以及活化能为参数。

适用于LFP单元的日历老化模型，SOH通过以下方程计算：

其中、时间指数（）和活化能是参数。这三个参数均作为SOC相关的查找表提供。该模型不影响SOHR。

        适用于NCM/LMO单元的日历老化模型

健康状态（SOH）通过以下公式计算：

其中、时间指数（）和活化能为参数。该模型不影响SOHR。