锂电池matlab-simulink建模与仿真
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第五章Simulink建模与仿真Ø系统仿真的基本概念Ø动态系统数学模型及其描述Ø动态系统的Simulink仿真Ø系统过零和代数环Ø子系统和S-函数Ø示例分析系统仿真的基本概念（一）系统（仿真的对象）•系统是指具有某些特定功能、按照某些规律结合起来、互相作用、互相依存的所有物体的集合或总和。
它具有整体性和相关性两个基本特征。
•研究系统通常从以下三方面考虑：实体：组成系统的元素、对象属性：实体的特征。
活动：系统由一个状态到另一个状态的变化过程系统仿真的基本概念（二）系统模型•系统模型是对实际系统的一种抽象，是系统本质的表述。
或者说模型是对真实世界中物体或过程的信息进行形式化的结果。
•系统仿真中所用的模型可分为实体模型和数学模型。
•实体模型，又称物理效应模型，是根据系统之间的相似性而建立起来的物理模型。
静态的实体模型最常见的是比例模型，如用于水洞实验以及实验水槽中的鱼雷比例模型。
模型类型静态系统模型动态系统模型连续系统模型离散事件系统集中参数分布参数时间离散数学描代数方程微分方程传递函数偏微分方差分方程、Z变换离散状态概率分布排系统仿真的基本概念述状态方程程方程队论应用举例系统稳态解工程动力学系统动力学热传导场计算机数据采样系统交通系统市场系统电话系统计算机分时系统Petri网状态机UML……系统仿真的基本概念（三）系统仿真的定义•系统仿真是以相似原理、系统技术、信息技术及其应用领域有关专业技术为基础，以计算机和各种专用物理效应设备为工具，利用系统仿真的特殊功效•安全性•经济性系统仿真的作用•优化系统设计。
在复杂的系统建立以前，能够通过改变仿真模型结构和调整参数来优化系统设计。
•对系统或系统的某一部分进行性能评价。
•节省经费。
仿真试验只需在可重复使用的模型上进行，所花费的成本比在实际产品上作试验低。
•重现系统故障，以便判断故障产生的原因。
•可以避免试验的危险性。
MATLAB的仿真工具箱Simulink模型的建立与仿真学习教程优秀PPT课件(基本库原件、搭建
•
Ignore limit and reset when linearizing：若勾选此选项，则表示当系统为线性化系统时，前
面的积分上下线限制和触发事件无效，默认缺省值为不勾选；
•
Enable zero-crossing detection：使系统通过零点检验，默认勾选。
• 搭建Integrator模块如图3-35所示。
•
Pulse Generator其模块属性如图3-19所示。
• 如图3-19所示Pulse Generator模块，对于其属性窗口：
• Amplitude：脉冲信号的振幅，指定为标量或矢量，默认值为1。
• Period(secs)：脉冲数字采样周期，默认值为10。
• Pulse width：脉冲宽度，输入为矢量或标量，默认值为5。
• External reset：设置信号的触发事件（rising, falling, either, level, level hold, none），默认设置为 none，保持系统原态。
• Initial condition source：参数输入的状态，分为外部输入external和内部输入internal，通常默认设 置为internal。
3.3.3 Transfer Fcn模块
• Transfer Fcn其模块属性如图3-37所示。
• 如图3-37所示Transfer Fcn模块，对于其属性窗口：
• Numerator coefficients：传递函数分子系数，系统默认值为[1]；
• Denominator coefficients：传递函数分母系数，系统默认值为[1,1]；
• Derivative模块，表示微分环节，Derivative其模块属性如图3-31所示。 • 如图3-31所示Derivative模块，对于其属性窗口： • 搭建Derivative模块如图3-32所示。
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。
matlabsimulink在电机中的仿真
模块化设计
集成优化工具
Simulink的模块化设计使得电机的各个部 分可以独立建模，然后通过模块的连接来 构建完整的系统模型，便于管理和修改。
Matlab提供了多种优化工具，可以对电机 控制系统进行优化设计，提高系统的性能 。
Matlab Simulink在电机仿真中的挑战
模型复杂度
电机的数学模型通常比较复杂，涉及大 量的非线性方程，这给模型的建立和仿
电机仿真的基本方法和流程
数学建模
根据电机的物理原理， 建立电机的数学模型， 包括电路方程、磁路 方程和运动方程等。
参数识别
根据实际电机的参数， 对数学模型进行参数 识别和调整，提高仿 真的准确性。
建立仿真模型
在Matlab Simulink 中建立电机的仿真模 型，包括电机本体和 控制系统的模型。
验证设计
通过仿真可以验证电机的设计是否满足要求， 提前发现并修正设计中的问题。
性能预测
仿真可以帮助预测电机的性能，包括转速、 转矩、效率等，为实际应用提供参考。
控制系统设计
通过仿真可以验证控制系统的设计是否正确， 提高控制系统的稳定性和精度。
降低成本
仿真可以减少试验次数，降低试验成本，缩 短研发周期。
04
案例分析
直流电机仿真案例
总结词
通过Simulink对直流电机进行仿真，可以模拟电机的启动、调速和制动等过程，为实际应用提供理论依据。
详细描述
在直流电机仿真案例中，我们使用Simulink的电机模块库来构建电机的数学模型。通过设置电机的参数，如电枢 电阻、电枢电感、励磁电阻和励磁电感等，可以模拟电机的动态行为。通过改变输入电压或电流，可以模拟电机 的启动、调速和制动等过程，并观察电机的响应特性。
锂电池matlab_simulink建模与仿真
1. 全冲全放2. 同时冲放3. 环境温度4. 电流范围整车仿真流程1等效电路模型: 2. 神经网络 3. 有限元RC 、内阻、三阶、 RNGV 、开路电压Batter yEHtt_HWr-BV Bil-Scopes遛朗sakver AcLeterolw 舒Man P*肌i g"NidM 杯曾EMI M ^Irwtflgy bi^inceIQWK43n J XJSv*POlWH SpikSynchwnDui Motor* DilwdSr% 祜则A. Dri^siv 1P TEK-DC cnnuvrlBrHv_Bp i1_Sffwplr-lILI, ATi ：e 7L -W □ 1^ u\ii<asurtffi<?nf f:HEV Pow 亡r£口1乂十 * HT13rkhvp Acu De mas□ 3 u & x- * eDH :血 ISHBSSWMsM 5flF E ■^II »Cry(^^Wdcrp-: At ：- (kjV)fMhh j*rwJ5,SA■■—tj&lprr^or W 心I ■卜旳DIBuZH&qs ㈣Venidespeac (km/hl■Simulink th v；f t'j 电池模中」.U L-i brrurv : bm t^^^ylndrL可以将内阻类型细化电池的等效电路模型（内阻模型）■Simulink 和Simscape 建立的电池模型■Simulink fllSimscape 建<的电池模甲.；FiKVTE Fl Rure i : tdt err Char 汎匚icrriE 石I L I* lilt Y14V IruKt□「站」b '■--hkiEi 门ECut 灯CKjraClersin- ?rtO 2C(1 ?离)1 DtSChags' cjpis^Nofniral area充放电测试曲线BatteryT ：tlt Cduf t*Ekrap Finder■■】孑yu M- 0 310 3 0am 口 ff 口5 2 36 £4AmtK-'t-flOtr (Ah)Eu = I 303. h ： 0 002. K = 0 匕 015J 科.= 0 11293 B = 2 6精选文库■Simulink flDSimscape 雄工的电池模舉^■Bai Lli ¥S F 济 Tii=* iLliJ JI --- *WAr* --------- [] TID 「 Q 心丹 I ColchODM VdllKl*RC 模型:Equivalent circuit model (RC)Cc-frT)RC 模型在整车模型中csac no•d>■Cb： ■Cc： ■Rt： ■Re：■Rc；电池电容即电池容量 表面极化电容 终端电阻 电池的内阻 电容的内阻R F -ffh SOC)Cb=f(T)*CSMIC2)M VcItSwK* : ■=r(T,soc)Rt=f(T,SOq精确建模:建立精确的电池模型SiBuJ xnk Library iBrpwser-Simscapet基础平台，实现多较域物理建模■Optimization Toolbox：电池的实际容重计篦■Simulink Design Optimtzalion：樓数辨析■Parallel Compiuling Toolbox：并行计算I "曰tCl!" I■I HV((r»ul<:Mi PhyncBi SigAils]_寿Pnihiffiaic _■UtlllMl■三阶等效电路电池模熨R冥二f(SOC, Current, Voltage, Temperature) Transient Dy namic End of Charge Resistance 丁电血"1 ResistanceJpen-Circuit VoltageC1VAR2wvROEnd of Discharge Resistance[Miain Branch][PnrftBiticBranch]Charging Lossestt利用Simscape建立电池的三阶竽效电路模型对否?电路中的参数关系电池电出与其它参数的关系SOC呂二一KJn （以疋）SOCexp [血(l-SOC)■ Simscape 语言实现f .Ui.t» - C 汽«ir ・；j 和呼l^Lohr. Jw kri XHfil R rnUi-lr | I ■pkh I n^r\l^|SixT « J kJ'!； L - «t>iSL/liBflr：i!lW"-赳 于dX 100,506 0,7080.9di n n.51 i ：; ;斗 Ak MW11 » *■4]IT )0MgLti 虹*4 L r tfl A L ' 也亠上；£耳 土出 柑-fc fizU F £ L> —工一 lcl-4ta I p. *. n.* J * F- I -i* IL -■ * - tli-；= T ■ II hf 锐& - 1SSjWTW-Aliblbi?二T ； I ''•1川4."■'■'*姑—甩}n{/)OC}«».>-snFhJ nC -T ■. ii ■二 I.,FtL ■ 晋L 洋I 軸旧山3「+；朋1\严riE-i*if nc > D. wp??飢=卡1卜】皿2附卯卜入士r 丄迄-"阳It »K 町U » »3Eb41 J1E5 = {I. %I 4：1-(:.: i- P-'^ 4ItlH ■ h 和 fr-^土N 勺曲轴弔'I^j2|h l i#卷I 叫玄厂>匸！% >-為' Z HL DP * :- L| t 二心严Kt,侏p 属](1T(SOC)] 1土班p (血 /… //*)fnL 丄- C■rt -ha±「tx ：H3t 邸.吧・产冃匕去■ Hitfimi t-i^r^TT 丁匕二L^ir "刊trd+ ex22 /")V 三丄血，■454参数辨识■充放I Lu 川线-不同的温度条件-不同的充放电电流与电压压流度 电电温■ ■■参数预估计 Conveclire HralTgUer rIhcrrralRnweweMTtHefit 1«t7i^r»urEaa(tis*ycurneni一匚①t n o ±1.patierv石"Votti 聲央nWF i"圍龛Jiinl 1<GamTirtie (nouns)V I DB U I 50C 、DOCH nij=» IMver5两Of 刃曲ScupcTamp 卯 Hur? i"网raes C P *Depdi <S ctiaige (DOCj ~I loaJ b -------- : --------------- ----- h陀如期(V[W1Iifii'Ii.nunJ .(n ：ia» (V； *ensues fji MT 5cUS ：tOEfj 伪 ln\jPBramPT* F^tPi.T -r-n Gil win pfeisao^d 诲s■砂ii只的结果収决「模世与数据s§>Time (hours) Time (hours) M文件控制参数辨识过程-方便调整参数■根拥需求，分步骤辺行数抑讲识ii -ISUU -£QSIS3S3 - 'Si4 -55 - 5'€ -S'T -SB - 阴'€0 —n轴-ti时-IL) .OutpuiO«ia(41,..-三&■uQa匚.vol^iqe U±?A»±ulL4ngLh)…r ...Tes^DaH^eL [i) «t：Liu, fliUaefulLcii盯蚣】”**C AC<'■Time', ■Weiqrt ■, Tes*：Dfli:*Set ti)*wei5ht|;Create ohjccn to rspTAaenr paramfiter*.hP*£- F4f*t=«t«rEttlh4»E^Ptrut*^cr ('A?'',liFaT<eiid+ij - FaravcerEacitucor.Paramettr f"；Te', hPaT<CRd+l) ■FaraHceirEscitHtar.Par^ird*; (*EnD\ hFax{cx;d«l) ■FiruHccrEscicutcir+ Par«in«L*i CBIO*« hFa£(cnd*lF ■'FdroKtvrEfClEutOr ^F*r<inetcT )1' Eso*, nPoiTcend+li ■PAr»w«rE«iMMr.PflrMK?er ('AC.Kt,SS\QrR；6R D H-$» 利：a品0丸o.OQj⑹13.15/«r L3.5/«];OMOGlf D.l];BcQ llAtli r BcO IU E<2H；-150. -S)：■ miS*<BB*SBSB>SS<SSBMSN»MS>BS<B»MS«MSSB>S«SS*«SSSWW<V'S*S«*Screfttft BATtiMtiofl prejeflt rroa 耳彬Uftts® p^vniieTerft, Staten •P&r*twceft9iin*car.Ejtiuiiion hFar’ hEkp);<=* Add tiiaablc initial canditlca* far ex^ncLcl chiiQe vcatc D for 1 • 11 letothn*3tDAtd5«* I精选文库电池参数辨识步骤小结参考文献•SAE Papers {contact MathWofit}” 5AE Paper 200*01-1381 Parameterir^tlon of aSattery Simula bon hAodfri UsiOQ NumericalOptimizalion Meltiods•SAE Paper 5007-01-0778 A Sample, ETledtve LeadAod Battery Modeling Process For Electrical SyslcfnComponedI Selection■Featured Products： Simulink, Statefbw, Si mulink Design Optimization, Parallel ComputingToolbox汕^rtWKS MrnmK>3uCt；>Exam pie 2: Table-based Lithium ModelParameterization of a Battery SimulationModel Using Numerical Optimization MethodsRobyn A. JackeynwMathWW Inc精选文库Greg«y L. PkHUn^amlyol Cdwsdo d Cd or wk* 紳rv 亩Martin 丄KleinC«nT«ct Powar IptA 2KB SM. b4Hr*)oriAB&TRACTTypeg^fnoMi PEG oannilEni md WfRl tQpwT9fri¥*efize to dais. a^iqdl ger Grained W CntMeen moEisirfid mdVim^nd r»B・i 加iiri hn flnrai tana 虬YaaeHmjrtanfiBttw血Hflss an□ften ot4»rwj by u到叩nxxMi a nwrhiM) lhathwlh$r 肿KCitfManittimafeEi daso^ita^ (motfel} cf (he <fyrDfntcSwaderslKS of Ute c«fc. in U K FM(H, un Tirsi descnto «uldbte mod创3tfuceur« aid Owi disci超tiow itw pmmtilnof fin rnod«i may b* mtonMicfl恂精选文库电池建模的小结■电池的模型可以用F-系统层面的仿真-用于控制算法开发■采用数值优化的方法进行数据辨i儿建立桔确的电池模型-H标：仿貞的计算i昊斧小」:电池参数的变化误弟。
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
MATLABSimulink建模与仿真基础 ppt课件
Simulink建模与仿真基础
MATLABSimulink建模与仿真基础
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MATLABSimulink建模与仿真 基础
2、打开文件 打开仿真模型文件主要有以下几种方式：
★ 在Matlab命令窗口输入不加扩展名的文件名
★ 在Matlab命令窗口选择“File”“Open”
★ 在Simulink模块库浏览器窗口选择 “File”“Open”
★ 在Simulink模型窗口选择“File”“Open”
MATLABSimulink建模与仿真 基础
◆ 信号线分支：将光标指向信号线的分支点上，按 住鼠标右键，光标变为十字，拖动鼠标直到分支线 的终点，释放鼠标。
虚线，因为终端 没有连接到模块
◆ 信号线文本注释，在信号线中插入模块，略……
MATLABSimulink建模与仿真 基础
1、基本模块
Simulink 基本模块
Simulink模块库 包含各种功能模块，如：放大器、 微分器、积分器、各种信号源等。
MATLABSimulink建模与仿真 基础
Simulink模型的文件为MDL模型文件，扩展名 为.mdl，以ASCII码形式存储。
1、新建文件 新建仿真模型文件主要有以下几种方式：
★ 在Matlab命令窗口选择 “File”“New”“Model” ★ 在命令窗口运行simulink命令，在弹出的模块库 浏览器窗口中选择“File”“New”“Model” ★在Simulink模型窗口中选择 “File”“New”“Model”