1. 어떤 라이브러리일까?

배터리 시뮬레이션 기능을 제공해주는 라이브러리이다.

2. 충,방전 전류 설정 바꿔보기

최대 충,방전 전류를 높이면 충,방전이 빨리 일어나고
최대 충,방전 전류를 낮추면 충,방전이 천천히 일어나는 것을 확인할 수 있다.

Simscape Battery는 위와 같이 배터리 관련 다양한 기능들을 제공한다.

3. 배터리 블럭 3개를 제공한다

Simscape Battery에서 배터리 블럭 3개를 제공해주므로, 내가 직접 배터리를 모델링할 필요 없다.

(1) Battery Blcok

비교적 간단한 파라미터 설정이 가능하고, 빠르게 배터리 관련 측정이 필요할때 사용한다.

(2) Battery(Table-base), Battery Equivalent circuit

조금 더 복잡한 파라미터 설정이 가능하고, 정확한 배터리 관련 측정이 필요할때 사용한다.

4. 다양한 제조사에 맞는 파라미터 제공

Battery Simscape는 위와 같이 다양한 배터리 제조사에 맞는 파라미터를 제공해준다.

5. Panasonic:NCA 103450 방전 회로 모델링하기

Panasonic:NCA 103450 방전 회로를 모델링하고, 남아있는 전하와 출력 전압의 변화를 살펴볼 것이다.

(1) Panasonic:NCA 103450 스펙

• Rated Capacity of 2.318 Ah : 배터리를 완충 상태에서 방전시킬 때 총 꺼낼 수 있는 전하량이 2.318Ah 이다.
  • 2.318Ah = 2.318A로 방전시 약 1시간 사용 가능
  • 2.318Ah = 1.159A로 방전시 약 2시간 사용 가능

(2) 방전으로인한 시간에 따른 배터리 양단 전압 변화 측정

위와 같이 Battery(Table-Based)를 배치한다.

파라미터 설정 창을 열고, 빨간 박스 부분을 클릭해주자.

다양한 제조사의 배터리들을 모델링하기위한 파라미터가 이미 Simscape Battery에 저장되어있다.

우리는 이 중에서 NCA103450 이라는 부품 번호를 가진 Panasonic의 Lithium-ion 배터리를 선택해준다.

선택후에 모두 적용 눌러준다.

위와 같이 배터리명이 Panasonic:NCA103450으로 바뀐 것을 확인할 수 있다.

Simscape 의 회로 관련 블럭들을 활용하여 저항과 GND, Solver Configuration Block 을 배터리와 연결해준다.

참고로, 연결된 Simscape 블럭들은 시뮬레이션을 수행하기위해서 solver 설정 정보가 필요하다.
Solver Configuration Block으로 시뮬레이션에 필요한 solver 설정 정보를 설정할 수 있다.

위는 방전 시간에따른 배터리 전압을 나타낸 그래프이다. 시간에따라 전압이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
배터리에 적혀있는 전압(예: 3.6V)은 공칭 전압 (Nominal Voltage)으로, 실제 동작 중 평균적으로 나오는 전압을 의미한다. 실제 전압은 충전 상태(SOC)에 따라 계속 변하게된다.

조금더 자세히 분석하자면, 중간 구간에서는 비교적 일정하게 유지되고 방전 초반, 후반에 급격하게 배터리 전압이 감소한다.

이제 회로 측정을 위한 각종 블럭들을 추가해볼 것이다.

첫 번째는 PS-Simulink Converter 이다.

물리적 신호를 Simulink Output 신호로 변환해주는 블럭이다.

두 번째는 Voltage Sensor이다.

두 지점 사이의 전압을 측정하는 블럭이다.

위의 블럭들을 활용해서 배터리의 방전 곡선을 확인하기위한 회로를 구성해보자.

이후 시뮬레이션을 돌려보면..!

이렇게 위에서 봤던 그래프와 동일한 시간에따른 배터리의 전압 곡선(방전 곡선)을 얻을 수 있다.

(3) 배터리 SOC 측정 (Charge Level 측정)

Charge Level 이란 ?

Charge Level은 현재 배터리의 충전 수준(지금 배터리에 얼마만큼의 에너지가 남아있는지 를 나타내는 개념이다.

SOC 란?

SOC(State Of Charge) 는 Charge Level을 퍼센트로 나타내는 개념이다.

위의 공식으로 SOC를 구할 수 있다.

• Creleasable = 현재 남아있는 배터리 충전량
• Crated = 정격 용량 (Rated Capacity) = 탱크 전체 크기

모델링

배터리 파라미터 블럭에서 SOC 측정 포트 노출을 예 로 설정해준다.

그럼 위와같이 작게 SOC 측정 포트가 나타난다.

마찬가지로 PS-Simulink Converter를 거쳐서 시각화를 위한 Block에 연결해준다.
(여기서는 Signal Assessment를 썼는데 Scope를 써도 관계없다)

위와 같이 SOC와 Battery Voltage를 한 번에 확인하기위해 둘 다 Scope에 연결해준다.

이렇게 두 데이터를 한 번에 확인할 수 있다.