锂电池matlab_simulink建模与仿真
基于Simulink的锂电池建模仿真
预期的变化，因此在实际应用中比较少。开路电压法中锂离子 电池的电动势与 ＳＯＣ 之 间 的 函 数 可 以 通 过 实 验 得 出， 虽 然 锂 离子电池线性度不如铅酸电池的明显，但其对应关系曲线也可 以用来估 算 ＳＯＣ。 应 用 开 路 电 压 法 可 以 粗 略 估 算 电 池 ＳＯＣ， 用来测量时，需要先将电池经过长时间的静置，让电池各项数 值达到稳定，无法实现动态实时的测量。卡尔曼滤波法是一种 统计学上的方法，用上一时刻的最优估计值加上此时刻的测量 值计算出均方差最小的状态变量的估计。卡尔曼滤波法可以在 估算的过程中很好的去掉噪声污染，对初始值的误差进行及时 的修正，适用于电池电量的动态在线测量。神经网络是一种对 动物神经网络的模仿，进行分布式并行信息处理的算法数学模 型。这种网络依靠系统的复杂程度，通过调整内部大量节点之 间相互连接的关系，从而达到处理信息的目的。通过大量的数 据来进行推 理，拥 有 非 线 性 的 优 点，同 时 建 立 输 入 与 输 出 关 系，无需分析电池内部复杂的电化学变化。理论上只要网络的 节点足够多，完全可以用于各种复杂的运算，但是过于复杂的 网络需要强大的硬件支撑，成本太高。每 种 方 法 都 有 其 优 缺 点 以及 适 用 的 范 围 ，其 中 安 时 积 分 法［１］和 开 路 电 压 法［２］应 用 最 为 广泛，和其他的多种 算 法 结 合 来 对 电 池 的 ＳＯＣ 进 行 估 算。 文 献 ［３］ 采用改进的安时积分法 和 卡 尔 曼 滤 波 算 法 来 估 算 电 池 ＳＯＣ，文献 ［４］ 采用开 路 电 压 法 和 卡 尔 曼 滤 波 算 法 来 估 算 电 池 ＳＯＣ，文献 ［５］ 采用开路电 压 法 来 解 决 安 时 积 分 法 无 法 测 定电池初始 ＳＯＣ０的问题。
使用Matlab技术进行建模和仿真的步骤
使用Matlab技术进行建模和仿真的步骤引言：Matlab是一种功能强大的数学计算软件，被广泛应用于各个领域的科学研究和工程技术中。
其中，建模和仿真是Matlab应用的重要方面，它可以帮助工程师和研究人员分析和预测各种系统的行为。
本文将介绍使用Matlab技术进行建模和仿真的步骤，包括建立模型、定义参数、进行仿真和分析结果等。
一、确定建模目标在开始建模之前，首先需要明确建模的目标和需求。
例如，我们可以通过建模来分析电路、机械系统或者物理过程等。
只有明确了建模目标，才能选择合适的建模方法和工具。
二、选择合适的建模方法建模方法可以根据系统的特点和需求进行选择。
常用的建模方法包括物理建模、统计建模、数据驱动建模等。
物理建模是基于系统的物理原理和方程进行建模，统计建模是通过统计分析来描述系统的行为，数据驱动建模则是利用已有的数据来建立模型。
根据不同的情况，选择合适的建模方法至关重要。
三、建立模型在Matlab中，建立模型可以使用Simulink或者编程的方式。
Simulink是一种基于图形化界面的建模工具，可以通过拖拽组件和连接线来搭建模型。
编程的方式则可以使用Matlab脚本语言来描述系统的数学模型。
根据系统的特点和个人的喜好，选择适合自己的建模方式。
四、定义参数和初始条件在建立模型之后，需要定义参数和初始条件。
参数是影响系统行为的变量，可以通过Matlab的变量赋值来定义。
初始条件是模型在仿真开始之前系统的状态，也需要进行设定。
对于一些复杂的系统，可能需要对模型进行调优和参数敏感性分析等，以获取更加准确的结果。
五、进行仿真在模型建立并定义好参数和初始条件之后，就可以进行仿真了。
仿真是通过运行模型，模拟系统在不同条件下的行为。
Matlab提供了强大的仿真功能，可以灵活地设置仿真时间步长和仿真条件，进行数据记录和后续分析。
六、分析结果仿真完成后，需要对仿真结果进行分析。
Matlab提供了各种分析工具和函数，可以方便地对仿真数据进行处理和可视化。
Matlab系列之Simulink仿真教程
交互式仿真
Simulink支持交互式 仿真，用户可以在仿 真运行过程中进行实 时的分析和调试。
可扩展性
Simulink具有开放式 架构，可以与其他 MATLAB工具箱无缝 集成，从而扩展其功 能。
Simulink的应用领域
指数运算模块
用于实现信号的指数运算。
减法器
用于实现两个信号的减法 运算。
除法器
用于实现两个信号的除法 运算。
对数运算模块
用于实现信号的对数运算。
输出模块
模拟输出模块
用于将模拟信号输出 到外部设备或传感器。
数字输出模块
用于将数字信号输出 到外部设备或传感器。
频谱分析仪
用于分析信号的频谱 特性。
波形显示器
控制工程
Simulink在控制工程领域 中应用广泛，可用于设计 和分析各种控制系统。
信号处理
Simulink中的信号处理模 块可用于实现各种信号处 理算法，如滤波器设计、 频谱分析等。
通信系统
Simulink可以用于设计和 仿真通信系统，如调制解 调、信道编码等。
图像处理
Simulink中的图像处理模 块可用于实现各种图像处 理算法，如图像滤波、边 缘检测等。
用于将时域信号转换为频域信号，如傅里叶变换、 拉普拉斯变换等。
03 时域变换模块
用于将频域信号转换为时域信号，如逆傅里叶变 换、逆拉普拉斯变换等。
04
仿真过程设置
仿真时间的设置
仿真起始时间
设置仿真的起始时间，通 常为0秒。
步长模式
选择固定步长或变步长模 式，以满足不同的仿真需 求。
MA ABSimulink 锂电池建模
锂电池是目前在各个能源密集型行业中用途广泛，例如新能源汽车、电力微网、航空航天等。
电池模型的建立对研究电池的特性、SOC（state-of-charge）估计、SOH （state-of-health）估计、BMS算法开发以及电池系统的快速实时仿真有重要的意义。
等效电路建模，由于其简单适用性，常常应用在在系统级仿真和控制算法设计过程中。
通过实验数据采集、等效电路模型建立和数学优化技术，用相对简单的RC等效电路可以模拟一个电芯。
若干电芯模型通过不同类型的并串联方法，形成电池包模型。
在电池包模型内，也可加入热电效应仿真。
在上图中，10 个电芯以 10S1P 的形式形成一个电池包（此处工具为 Simscape）。
蓝色的线表示电线连接，橙色的表示热交换连接。
在图中电芯之间的热交换形式为热对流。
电芯的模型为下图所示：R0 表示内阻，R1C1 表示一对 RC，左边的电压源表示开路电压（Em）。
由于只有一对 RC，所以这是一阶等效电路。
上图表明，通过在一个不断充放电的工况下的仿真，我们发现电芯5 和电芯6 有较高的温度，而电芯 1 和电芯 10 温度较低。
原因是在串联结构中，位置处于中间的电芯散热较差，而处于边缘的电芯散热较好。
锂电池的型号多种多样，比如镍钴锰三元材料(NMC)、磷酸铁锂(LFP) 等。
每种电池的化学特征决定了各自不同的等效电路特征。
等效电路的特征由如下两个要点决定：1.RC 的阶数2.R0 、RC 和 Em 的数值下一节中我们将讨论如何获取（估计）上述两个要点数值。
锂电池的老化对模型的影响也是电池模型研究的方向之一。
找出模型的拓扑结构和模型参数的改变趋势，对于SOH 的估计有很强的现实意义。
本文将在第四章中讨论电池老化对电池模型的影响。
被动均衡也是电池管理系统（BMS）的研究热点之一，文末我们将给出一个被动均衡的示例供读者参考。
RC 等效电路的参数设计脉冲放电法RC 等效电路有物理意义的前提是电路中所有 RC 对和 R0 都必须完整地“经历过”一个放电周期。
第3章 Simulink建模与仿真
将仿真数据写入 mat 文件 将仿真数据写入. mat文件 将仿真数据输出到 将仿真数据输出到 Matlab 工作空间 MATLAB 工作空间 使用 Matlab 使用MATLAB 图形显示数据 图形显示数据
图3.10 系统输出模块库及其功能
第3章 Simulink建模与仿真
模块功能说明：
模块功能说明： 有限带宽白噪声
求取输入信号的数学函数值 对输入信号进行内插运算
求取输入信号的数学函数值 对输入信号进行内插运算 输入信号的一维线性内插
输入信号的一维线性内插
输入信号的二维线性内插 输入信号的二维线性内插 输入信号的 n 维线性内插 输入信号的n维线性内插
M函数（对输入进行运算输出结果） M 函数，对输入进行运算输出结果 多项式求值
第3章 Simulink建模与仿真
模块功能说明： 模块功能说明 ： 连续信号的数值微分 连续信号的数值微分 输入信号的连续时间积分 输入信号的连续时间积分 单步积分延迟，输出为前一个输入 单步积分延迟，输出为前一个输入 线性连续系统的状态空间描述 线性连续系统的状态空间描述
线性连续系统的传递函数描述 线性连续系统的传递函数描述 对输入信号进行固定时间延迟 对输入信号进行固定时间延迟 对输入信号进行可变时间延迟 对输入信号进行可变时间延迟 线性连续系统的零极点模型 线性连续系统的零极点模型
合并输入信号块控制信息 信号组合器信号组合器 信号探测器信号探测器 信号维数改变器 选择或重组信号 信号线属性修改 输入信号宽度
信号维数改变器 选择或重组信号 信号线属性修改 输入信号宽度
第3章 Simulink建模与仿真
模块功能说明： 对信号进行分配
Target模块库：主要提供各种用来进行独立可执行代码 或嵌入式代码生成，以实现高效实时仿真的模块。它 们和RTW、TLC有着密切的联系。 (6) Stateflow库：对使用状态图所表达的有限状态 机模型进行建模仿真和代码生成。有限状态机用来描 述基于事件的控制逻辑，也可用于描述响应型系统。
MatlabSimulink系统建模和仿真
图：电容的充电、放电过程的仿真结果。在充电仿真中，输出信号 为系统的零状态响应。在放电过程仿真中，输出信号为系统的零输 入响应。 如果要仿真系统输入信号为任意函数的情况，只需要修改仿 真程序中的输入信号设臵即可。
“实例2.3”单摆运动过程的建模和仿真。 （1）单摆的数学模型 设单摆摆线的固定长度为l ，摆线的质量忽略不计，摆锤质 量为m ，重力加速度为g ，设系统的初始时刻为t=0 ，在任 意 t 0 时刻摆锤的线速度为v(t) ，角速度为 w(t ) ，角位移 为 (t ) 。以单摆的固定位臵为坐标原点建立直角坐标系， 水平方向为x 轴方向。如下图所示。
图：电容的充电电路以及等价系统
（1）数学分析
首先根据网络拓扑和元件伏安特性建立该电路方程组
dy (t ) i (t ) C dt
dy (t ) 1 1 x(t ) y (t ) dt RC RC
y(t ) x(t ) Ri (t )
并化简得
该方程也称为系统的状态方程。在方程中，变量y 代表电 容两端的电压，是电容储能的函数。本例中它既是系统的 状态变量，又是系统的输出变量。
7.1 Matlab编程仿真的方法
7.1.1 概述 通过编程的形式建立计算机仿真模型是最基本的 计算机建模方法。Matlab编程仿真过程就是用编 写脚本文件或函数文件来描述数学模型，并实现 计算机数值求解的过程。 我们把外界对系统产生作用的物理量称为输入 信号或激励，把由于系统内部储存的能量称为系 统的状态，而将系统对外界的作用物理量称为系 统的输出信号或响应。
图：模拟真实示波器显示的调幅仿真波形，仿真中考虑了输 入信号与示波器扫描不同步，载波相位噪声以及加性信道噪 声的影响
7.1.3 连续动态系统的Matlab编程仿真 7.1.3.1 几个实例
MATLAB基础教程第11章 simulink建模与仿真
S函数允许用户向模型中添加自己编写的模块，只要按照一些简单的 规制，就可以在S-Functions添加设计算法。在编写好S-Functions 之后就可以在S-Functions莫窥阿中添加相应得函数名，也可以通过 封装技术来订制自己的交互界面。
在MATLAB的命令窗口中选择File | New | New Model菜单项；
2019年9月3日
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MATLAB R2010a 基础教程
清华大学出版社
Simulink 模块的操作(1/2)
在Simulink的空白模型窗口中，搭建Simulink的模型主 要是通过用线将各种功能模块连接构成的。在Simulink中， 将两个模块相接非常简单，在每个允许输出的模块口都有 一个输出的>符号表示离开该模块，，而输入端也有一个 表示输入>的符号表示进入该模块。假如想将一个输入模 块和一个输出模块连接起来，那么只需要在前一个模块的 输出口处鼠标左键单击，然后拖动鼠标至另外一个模块的 输入口，松开鼠标左键，Simulink会自动将两个模块用线
在MATLAB的命令窗口中输入simulink,结 果是在桌面上出现一个Simulink Library Browser的窗口，如图11-1，在这个窗口 中列出了按功能分类的各种模块的名称。
单击MATLAB主窗口的快捷按钮 ，打开 Simulink Library Browser窗口 。
2019年9月3日
清华大学出版社
2019年9月3日
基于Simulink的锂电池建模仿真
