SPICE , MATLABユーザー向け二次電池シミュレーションセミナーのプレゼン資料

1. リチウムイオン電池のモデル2. ニッケル水素電池のモデル3. 鉛蓄電池のモデル4. リチウムイオンキャパシタのモデル5. 電気二重層キャパシタのモデル6. 二次電池とキャパシタのハイブリッド回路シミュレーション事例7. 質疑応答

SPICE , MATLAB ユーザー向け二次電池シミュレーションセミナー

2015 年 6 月 4 日ビー・テクノロジー

堀米　毅

1Copyright(C) Siam Bee Technologies 2015

半導体メーカー及び電子部品メーカー ( サプライヤ企業 )

電子機器メーカー

自動車メーカー

社会インフラメーカー

(1) お客様への自社製品の SPICE モデルの提供(2) 自社製品のアプリケーション回路開発

(1) 研究開発及び設計(2) 故障解析キーワード：電源回路、インバータ回路、モーター駆動回路、 LED 照明回路及び電池回路

(1) 研究開発及び設計キーワード： AC モーター駆動回路、インバータ回路、 LED 照明回路 HEV 、 EV 、　　　　　　　二次電池、燃料電池及び回生回路

(1) 全体システム回路設計(2) 故障解析キーワード：太陽電池システム、スマートグリッドシステム、二次電池

対象の市場


【環境発電 ( エナジーハーベスト ) 分野】発電デバイス + ハーベスト IC+ アプリケーション回路

【生体信号分野】⇒ 人体の SPICE モデル＋電子回路シミュレーション(1) 心臓(2) 脳＋神経(3) 血液

【教育分野】(1) 実務向けオンサイトセミナー⇒ 企業向け教育プログラムの提供及び実施(2) 教育用プログラム⇒LTspice で回路学習 + キットで実機学習

光起電力 ( 太陽電池 )

振動発電 ( ピエゾ素子 )

温度差発電 ( ペルチェ素子 )

＋ハーベスト IC ＋アプリケーション回路

対象の市場


回路解析シミュレータの用途は、多様化しています。

(1) 研究開発　　①次世代半導体のデバイスモデリング及びアプリケーション開発　　②システム開発及び回路開発の回路動作現象(2) 回路設計　　①アプリケーション開発　　②トポロジーの開発及び選定　　③回路設計及び回路動作検証　　④損失計算　　⑤ノイズ検証　　⑥熱解析(3) クレーム解析　　①故障解析　　②オープン・ショート　　③想定外使用　　④サージ解析

回路解析シミュレータの用途の多様化


回路シミュレーションのポイント

【ポイント 1】回路解析シミュレーションの解析精度 =スパイスモデルの解析精度である。　■有償 SPICE でも無償 SPICE でも採用する SPICE モデルで解析精度が決定される。　■ 1 個でも変な動作をするスパイスモデルがあると NG

【ポイント 2】シミュレーションの用途に応じた SPICEモデルを採用する。　■波形動作確認であれば、簡易 SPICE モデルでも問題ない。　■損失計算を行う場合、過渡現象において再現性のある SPICE モデルを採用する。　■温度シミュレーションをしたい場合には、温度対応 SPICE モデルを採用する。　■ノイズシミュレーションをしたい場合には、ノイズ対応 SPICE モデルを採用する。

【ポイント 3】回路シミュレーションをする回路は正確に入力する。　■回路シミュレーションをする場合、回路知識が必要です。　■回路解析結果の正誤を判断する必要があります。


回路設計のワークフロー

仕様

回路方式選択( トポロジーの選定 )

詳細回路設計回路図作成材料表作成

基板設計

回路設計

ビー・テクノロジー製品及びサービス

コンセプトキット製品

デザインキット製品シンプルモデル

デバイスモデリング教材スパイス・パーク

デバイスモデリングサービス

カスタムデザインキットサービス

ビー・テクノロジー製品及びサービス


シミュレーション上の課題について

第一の壁

第二の壁

第三の壁

第一の壁： SPICE の習得第二の壁： SPICE モデルの入手第三の壁：シミュレーション技術


シミュレーション解析時間

10％90％

実際のシミュレーション解析時間

実際の解析時間は 10％程度です。 90％の時間を SPICE モデルの入手に費やしています。

SPICE モデルの入手に費やしています。

●サプライヤ企業から入手する●スパイス・パークからダウンロードする●デバイスモデリングサービスを活用する●自分で SPICE モデルを作成する



ダイオードの SPCIE モデルを作成する場合の事例(ダイオードの SPICE モデルは 3種類ある )

デバイスモデリングの難易度

高い

低い

電流減少率モデル⇒等価回路で -didt を再現している

IFIR法モデル⇒等価回路で Trr(trj +trb) を再現している

パラメータモデル⇒ パラメータだけで作成できる簡易型モデル



① 再現性問題　　実機波形とシミュレーション波形が合わない【解決方法】○目的に合った SPICE モデルを採用する○目に見えない寄生素子も考慮し、回路図に反映させる【ご提供するサービス】○SPICE モデルをご提供する「デバイスモデリングサービス」○シミュレーションデータをご提供する「デザインキットサービス」

② 解析時間問題　　早くシミュレーション結果を知りたいのにシミュレーションに多くの時間を有する【解決方法】○目的に合った SPICE モデルを採用する○タイムスケール機能を採用する【ご提供するサービス】○SPICE モデルをご提供する「デバイスモデリングサービス」○シミュレーションデータをご提供する「デザインキットサービス」

③収束エラー問題　　最後までシミュレーションが実行出来ず、途中で計算が止まってしまう。【解決方法】○SPICE の .OPTIONS のパラメータを最適化する。○スナバ回路等を挿入して急変する過渡応答性、過渡現象を緩和する。○回路動作に影響しないように微小抵抗を適宜挿入する。【ご提供するサービス】○収束エラー解決サービス




1. リチウムイオン電池のシンプルモデル

PSpice VersionLTspice VersionMATLAB Version

12

Parameter SettingsC is the amp-hour battery capacity [Ah]– e.g. C = 0.3, 1.4, or 2.8 [Ah]

NS is the number of cells in series– e.g. NS=1 for 1 cell battery, NS=2 for 2 cells

battery (battery voltage is double from 1 cell)

SOC is the initial state of charge in percent– e.g. SOC=0 for a empty battery (0%), SOC=1 for

a full charged battery (100%)

TSCALE turns TSCALE seconds into a second– e.g. TSCALE=60 turns 60s or 1min into a

second, TSCALE=3600 turns 3600s or 1h into a second,

• From the Li-Ion Battery specification, the model is characterized by setting parameters C, NS, SOC and TSCALE.

Copyright(C) Siam Bee Technologies 2015

Model Parameters:

+ -

U 1

L I -I O N _ B A TTE R Y

S O C = 1N S = 1

TS C A L E = 1C = 1 . 4

(Default values)


SPICE

13

• The battery information refer to a battery part number LIR18500 of EEMB BATTERY.


+ -

U 1


S O C = 1

N S = 1

TS C A L E = 6 0

C = 1 . 4

Battery capacity is input as a model

parameter

Nominal Voltage 3.7V

Nominal Capacity

Typical 1400mAh (0.2C discharge)

Charging Voltage 4.20V±0.05V

Charging Std. Current 700mA

Max Current

Charge 1400mA

Discharge 2800mA

Discharge cut-off voltage 2.75V


SPICE

14

Time

0s 50s 100s 150s 200s1 V(HI) 2 I(IBATT)

3.0V

3.2V

3.4V

3.6V

3.8V

4.0V

4.2V

4.4V1

0A

0.4A

0.6A

0.8A

1.0A

1.2A

1.4A2

SEL>>SEL>>

V(X_U1.SOC)0V

0.2V

0.4V

0.6V

0.8V

1.0V

+ -

U 1


S O C = 0N S = 1

TS C A L E = 6 0C = 1 . 4


•Charging Voltage: 4.20V±0.05V•Charging Current: 700mA (0.5 Charge)

Current=700mA

Voltage=4.20V

Capacity=100%

(minute)

Measurement Simulation

SOC=0 means battery start from 0% of capacity (empty)


SPICE

15

PARAMETERS:

ra t e = 0 . 5C A h = 1 . 4N = 1

0

V in5 V

I B A TT

+ -

U 1


S O C = 0N S = {N }

TS C A L E = 6 0C = 1 . 4

0

C 11 0 n

H I

IN-

OUT+

OUT-

IN+

G 1L im it (V (% I N +, % I N -)/ 0 . 1 m , 0 , ra t e * C A h )

0

V o c h{(4 . 2 0 * N )-8 . 2 m }

D M O DD 1

0

*Analysis directives: .TRAN 0 200 0 0.5 .PROBE V(*) I(*) W(*) D(*) NOISE(*)


1 minute in seconds

Over-Voltage Protector: (Charging Voltage*1) - VF of

D1

Input Voltage


SPICE

16

Time

0s 100s 200s 300s 400sV(HI)

2.6V

2.8V

3.0V

3.2V

3.4V

3.6V

3.8V

4.0V

4.2V

4.4V

0

+ -

U 1


S O C = 1N S = 1

TS C A L E = 6 0C = 1 . 4

H I

0

0

IN-

OUT+

OUT-

IN+

G 1lim it (V (% I N +, % I N -)/ 0 . 1 m , 0 , ra t e * C A h )

PARAMETERS:ra t e = 1C A h = 1 . 4

C 11 0 n

s e n s e

*Analysis directives: .TRAN 0 300 0 0.5 .STEP PARAM rate LIST 0.2,0.5,1 .PROBE V(*) I(*) W(*) D(*) NOISE(*)


0.2C

0.5C

1C

(minute)

TSCALE turns 1 minute in seconds,battery starts from 100% of capacity (fully

charged)

• Battery voltage vs. time are simulated at 0.2C, 0.5C, and 1C discharge rates.


SPICE

17

0

+ -

U 1


S O C = 1N S = 1

TS C A L E = 6 0C = 1 . 4

H I

0

0IN-

OUT+

OUT-

IN+

G 1lim it (V (% I N + , % I N -)/ 0 . 1 m , 0 , ra t e * C A h )

PARAMETERS:ra t e = 0 . 2C A h = 1 . 4

C 11 0 n

s e n s e


*Analysis directives: .TRAN 0 296.82 0 0.5 .PROBE V(*) I(*) W(*) D(*) NOISE(*)

1 minute in seconds


SPICE

18

+ -

U 1


S O C = 1

N S = 4

TS C A L E = 6 0

C = 4 . 4

• The battery information refer to a battery part number PBT-BAT-0001 of BAYSUN Co., Ltd.


The number of cells in series is input as a model parameter

Output Voltage DC 12.8~16.4V

Capacity of Approximately 4400mAh

Input Voltage DC 20.5V

Charging Time About 5 hours

Basic Specification

Li-ion needs 4 cells to reach this voltage level


SPICE

19

Time

0s 1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s 8s 9s 10s1 V(HI) 2 I(IBATT)

12V

13V

14V

15V

16V

17V

18V1

0A

0.8A

1.2A

1.6A

2.0A

2.4A2

>>

V(X_U1.SOC)0V

0.2V

0.4V

0.6V

0.8V

1.0V

SEL>>


• Input Voltage: 20.5V•Charging Voltage: 16.8V•Charging Current: 880mA (0.2 Charge)

Current=880mA

Voltage=16.8V

Capacity=100%

(hour)

The battery needs 5 hours to be fully charged


SPICE

20

PARAMETERS:

ra t e = 0 . 2C A h = 4 . 4N = 4

0

V in2 0 . 5 V

I B A TT

+ -

U 1


S O C = 0N S = {N }

TS C A L E = 3 6 0 0C = 4 . 4

0

C 11 0 n

H I

IN-

OUT+

OUT-

IN+

G 1L im it (V (% I N +, % I N -)/ 0 . 1 m , 0 , ra t e * C A h )

0

V o c h{(4 . 2 * N )-8 . 2 m }

D M O DD 1

0

*Analysis directives: .TRAN 0 10 0 0.05 .PROBE V(*) I(*) W(*) D(*) NOISE(*)


1 Hour in seconds

Input Voltage


D1


SPICE

21

Time

0s 0.4s 0.8s 1.2s 1.6s 2.0sV(HI)

10V

11V

12V

13V

14V

15V

16V

17V

18V


•Charging Voltage: 16.8V•Charging Current: 880mA (0.2 Charge)

(hour)

0.5C

1C

16.4V

12.8V

Output voltage range


SPICE

22

0

+ -

U 1


S O C = 1N S = 4

TS C A L E = 3 6 0 0C = 4 . 4

H I

0

0IN-

OUT+

OUT-

IN+

G 1lim it (V (% I N + , % I N -)/ 0 . 1 m , 0 , ra t e * C A h )

PARAMETERS:ra t e = 1C A h = 4 . 4

C 11 0 n

s e n s e

*Analysis directives: .TRAN 0 3 0 0.05 .STEP PARAM rate LIST 0.5,1 .PROBE V(*) I(*) W(*) D(*) NOISE(*)


1 Hour in seconds

Parametric sweep “rate”


SPICE

1. Benefit of the Model2. Model Feature3. Simulink Model of Lithium-Ion Battery4. Concept of the Model5. Pin Configurations6. Li-Ion Battery Specification (Example)6.1 Charge Time Characteristic

6.1.1 Charge Time Characteristic (Simulation Circuit)6.1.2 Charge Time Characteristic (Simulation Settings)

6.2 Discharge Time Characteristic (Simulation Circuit)6.2.1 Discharge Time Waveform - 1400mAh (0.2C discharge)6.2.2 Discharge Time Waveform - 1400mAh (0.5C discharge)6.2.3 Discharge Time Waveform - 1400mAh (1.0C discharge)6.2.4 Discharge Time Characteristic (Simulation Settings)

6.3 Vbat vs. SOC Characteristic 6.3.1 Vbat vs. SOC Characteristic (Simulation Circuit) 6.3.2 Vbat vs. SOC Characteristic (Simulation Settings)

7. Extend the number of Cell (Example)7.1.1 Charge Time Circuit - NS=4, TSCALE=36007.1.2 Charge Time Waveform - NS=4, TSCALE=36007.2.1 Discharge Time Circuit - NS=4, TSCALE=36007.2.2 Discharge Time Waveform - NS=4, TSCALE=3600

7.3 Charge & Discharge Time (Simulation Settings)8. Port Specifications

Simulation Index

Appendix Diode



MATLAB

1. Benefit of the Model

• The model enables circuit designer to predict and optimize battery runtime and circuit performance.

• The model can be easily adjusted to your own battery specifications by editing a few parameters that are provided in the datasheet.

• The model is optimized to reduce the convergence error and the simulation time



MATLAB

• This Li-Ion Battery Simplified Simulink Model is for users who require the model of a Li-Ion Battery as a part of their system.

• Battery Voltage(Vbat) vs. Battery Capacity Level (SOC) Characteristic, that can perform battery charge and discharge time at various current rate conditions, are accounted by the model.

• As a simplified model, the effects of cycle number and temperature are neglected.

VSOC

2

MINUS

1

PLUS

VOC

+-

Rtransient_S

+-

Rtransient_L

+-

Rseries

Ibatt

+-

Ctransient_S

+-

Ctransient_L

+-

Capacity

2. Model Feature

25

Battery Circuit Model



MATLAB

3. Simulink Model of Lithium-Ion Battery

26

Equivalent Circuit of Lithium-Ion Battery Model using Matlab


1

VSOC

2

MINUS

1

PLUS

f(x)=0

SolverConfiguration

PSS

V+

-

PS S

+-

0.03

RTS

0.034

RTL

IBAT

RTS

CTS

CAH

N

TSCALE

RTCT_S

RTCT_S_EQV

IBAT

RTL

CTL

CAH

N

TSCALE

RTCT_L

RTCT_L_EQVIBAT

RS

N

CAH

RSO

RS_EQV

0.045

RS

PS S

PSS

+

-

U

+

-

U

-K-

-K-

f(u)SOC VOUT

EOCV

I+

-

1800

CTS

15000

CTL

TSCALE

CAH

IBAT

SOC_SETTING

SOC0

CAPACITY

+-

4

%SOC

3

Tscale

2

C

1

NS


MATLAB

4. Concept of the Model

27

Li-Ion batterySimplified Simulink Model[Spec: C, NS]

Adjustable SOC : 0-100(%)

+

-

• The model is characterized by parameters: C, which represent the battery capacity and SOC, which represent the battery initial capacity level.

• Open-circuit voltage (VOC) vs. SOC is included in the model as a behavioral model.

• NS (Number of Cells in series) is used when the Li-ion cells are in series to increase battery voltage level.

Output Characteristics



MATLAB

VBATT

Voch(4.24*Ns)-0.07

VIN5V

1

Tscale

100

Soc

+-V

+-

I+

-

SENSE_IBAT

PSS

PS S

OUTPUT

1

Ns

NS

C

Tscale

%SOC

VSOC

PLUS

MINUS

LI-ION_BATTERY

ICHG0.5C (700mA)1.4

Capacity

5. Pin Configurations

C is the amp-hour battery capacity [Ah]– e.g. C = 0.2, 1.4, or 2.0 [Ah]

NS is the number of cells in series– e.g. NS=1 for 1 cell battery, NS=2 for 2 cells

battery (battery voltage is double from 1 cell)

SOC is the initial state of charge in percent– e.g. SOC=0 for a empty battery (0%), SOC=100

for a full charged battery (100%)

TSCALE turns TSCALE seconds into a second– e.g. TSCALE=60 turns 60s or 1min into a second

TSCALE=3600 turns 3600s or 1h into a second

• From the Li-Ion Battery specification, the model is characterized by setting parameters C, NS, SOC and TSCALE.

28

Model Parameters:

Probe “SOC”



MATLAB

VBATT

Voch(4.24*Ns)-0.07

VIN5V

1

Tscale

100

Soc

+-V

+-

I+

-

SENSE_IBAT

PSS

PS S

OUTPUT

1

Ns

NS

C

Tscale

%SOC

VSOC

PLUS

MINUS

LI-ION_BATTERY

ICHG0.5C (700mA)1.4

Capacity

6. Li-Ion Battery Specification (Example)

• The battery information refer to a battery part number LIR18500 of EEMB BATTERY.

29

Battery capacity is input as a model parameter

Nominal Voltage 3.7V

Nominal Capacity

Typical 1400mAh (0.2C discharge)

Charging Voltage 4.20V±0.05V

Charging Std. Current 700mA

Max Current

Charge 1400mA

Discharge 2800mA

Discharge cut-off voltage 2.75V

Table 1



MATLAB

6.1 Charge Time Characteristic

30

• Charging Voltage: 4.20V±0.05V• Charging Current: 700mA (0.5C Charge)

Current=700mA

Voltage=4.20V

Datasheet Simulation

SOC=0 means battery start from 0% of capacity (empty)

%SOC

(Second)

VBATT

Voch(4.24*Ns)-0.07

VIN5V

1

Tscale

0

Soc

+-V

+-

I+

-

SENSE_IBAT

PSS

PS S

OUTPUT

1

Ns

NS

C

Tscale

%SOC

VSOC

PLUS

MINUS

LI-ION_BATTERY

ICHG0.5C (700mA)1.4

Capacity



MATLAB

VBATT

Voch(4.24*Ns)-0.07

VIN5V

1

Tscale

0

Soc

+-V

+-

I+

-

SENSE_IBAT

PSS

PS S

OUTPUT

1

Ns

NS

C

Tscale

%SOC

VSOC

PLUS

MINUS

LI-ION_BATTERY

ICHG0.5C (700mA)1.4

Capacity

6.1.1 Charge Time Characteristic Simulation Circuit

31


Diode

Input Voltage



MATLAB

6.1.2 Charge Time Characteristic Simulation Settings

32

Table 2: Simulation settings

Property Value

StartTime 0

StopTime 12000

AbsTol auto

InitialStep auto

ZcThreshold auto

MaxConsecutiveZCs 1000

NumberNewtonIterations 1

MaxStep 1

MinStep auto

MaxConsecutiveMinStep 1

RelTol 1e-3

SolverMode Auto

Solver ode23t

SolverName ode23t

SolverType Variable-step

SolverJacobianMethodControl auto

ShapePreserveControl DisableAll

ZeroCrossControl UseLocalSettings

ZeroCrossAlgorithm Adaptive

SolverResetMethod Fast



MATLAB

6.2 Discharge Time Characteristic Simulation Circuit

33

• Battery voltage vs. time are simulated at 0.2C, 0.5C, and 1C discharge rates.

battery starts from 100% of capacity (fully charged)

VBAT

1

Tscale

100

Soc

V+

-

PSS

1

Ns

NS

C

Tscale

%SOC

VSOC

PLUS

MINUS

LI-ION_BATTERY

IDIS0.2C (280mA)

1.4

Capacity



MATLAB

34

0.2C discharge (280mA)

6.2.1 Discharge Time Waveform 1400mAh (0.2C discharge)

•Nominal Voltage: 3.7V•Discharge cut-off voltage: 2.75V

(Second)



MATLAB

35




(Second)



MATLAB

36




(Second)



MATLAB

37

6.2.4 Discharge Time Characteristic Simulation Settings


Property Value

StartTime 0

StopTime 24000, 9600, 4800

AbsTol auto

InitialStep auto

ZcThreshold auto



MaxStep 10

MinStep auto


RelTol 1e-3

SolverMode Auto

Solver ode23t

SolverName ode23t









MATLAB

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Dis

char

ge C

apac

ity(%

vs. 0

.2C

)

Battery Discharge Current (vs. C Rate)

Mesurement

Simulation

6.3 Vbat vs. SOC Characteristic

38

•Nominal Voltage: 3.7V•Capacity: 1400mAh (0.2C discharge)•Discharge cut-off voltage: 2.75V

2.602.803.003.203.403.603.804.004.204.40

-0.200.20.40.60.81

Vo

ltag

e (V

)

Capacity (%)

0.5C0.2C

1C

Datasheet Simulation

SimulationVbat vs. SOC

1

Tscale

100

Soc V+

-

PSS

1

Ns

NS

C

Tscale

%SOC

VSOC

PLUS

MINUS

LI-ION_BATTERY

IDIS1400mAh*(discharge rate)

1.4

Capacity

100

Cal

VBAT

SOC



MATLAB

6.3.1 Vbat vs. SOC Characteristic Simulation Circuit

39

Vbat vs. SOC

1

Tscale

100

Soc V+

-

PSS

1

Ns

NS

C

Tscale

%SOC

VSOC

PLUS

MINUS

LI-ION_BATTERY

IDIS1400mAh*(discharge rate)

1.4

Capacity

100

Cal

VBAT

SOC



MATLAB

6.3.2 Vbat vs. SOC Characteristic Simulation Settings

40


Property Value

StartTime 0

StopTime 19200

AbsTol auto

InitialStep auto

ZcThreshold auto



MaxStep 10

MinStep auto


RelTol 1e-3

SolverMode Auto

Solver ode23t

SolverName ode23t









MATLAB

VBATT

Voch(4.2*Ns)-70m

VIN20.5V

3600

Tscale

0

Soc

+-V

+-

I+

-

SENSE_IBAT

PSS

PS S

OUTPUT

4

Ns

NS

C

Tscale

%SOC

VSOC

PLUS

MINUS

LI-ION_BATTERY

ICHG0.2C (880mA)4.4

Capacity

• The battery information refer to a battery part number PBT-BAT-0001 of BAYSUN Co., Ltd.

41

The number of cells in series is input as a model

parameter

Output Voltage DC 12.8~16.4V

Capacity of Approximately 4400mAh

Input Voltage DC 20.5V

Charging Time About 5 hours

Basic Specification

Li-ion needs 4 cells to reach this voltage level

7. Extend the number of Cell (Example) NS=4, TSCALE=3600

1 hour into a second (in simulation)



MATLAB

VBATT

Voch(4.218*Ns)-12m

VIN20.5V

3600

Tscale

0

Soc

+-V

+-

I+

-

SENSE_IBAT

PSS

PS S

OUTPUT

4

Ns

NS

C

Tscale

%SOC

VSOC

PLUS

MINUS

LI-ION_BATTERY

ICHG0.2C (880mA)4.4

Capacity

7.1.1 Charge Time Circuit NS=4, TSCALE=3600

42

Input Voltage

Over-Voltage Protector: (Charging Voltage 4) - VF of

Diode

Number of Cells



MATLAB

43

• Input Voltage: 20.5V•Charging Voltage: 16.8V•Charging Current: 880mA (0.2 Charge)

Current=880mA

Voltage=16.8V

Capacity=100%

(hour)

The battery needs 5 hours to be fully charged

7.1.2 Charge Time Waveform NS=4, TSCALE=3600

BATTERY PACK LI-ION 12.8~16.4VNumber of Cells: 4



MATLAB

VBAT

3600

Tscale

100

Soc

V+

-

PSS

4

Ns

NS

C

Tscale

%SOC

VSOC

PLUS

MINUS

LI-ION_BATTERY

IDIS0.5C (2200mA)

4.4

Capacity

7.2.1 Discharge Time Circuit NS=4, TSCALE=3600

44

Number of Cells

•Output Voltage: 12.8~16.4V•Capacity: 4400mAh•Discharge Current: 2200mA (0.5C)



MATLAB

45

2200mA (0.5C)

16.4V

12.8V

Output voltage range

7.2.2 Discharge Time Waveform NS=4, TSCALE=3600

•Output Voltage: 12.8~16.4V•Capacity: 4400mAh•Discharge Current: 2200mA (0.5C)

BATTERY PACK LI-ION 12.8~16.4VNumber of Cells: 4

(hour)



MATLAB

7.3 Charge & Discharge Time Simulation Settings

46


Property Value

StartTime 0

StopTime 8, 3

AbsTol auto

InitialStep auto

ZcThreshold auto



MaxStep 0.01

MinStep auto


RelTol 1e-3

SolverMode Auto

Solver ode23t

SolverName ode23t









MATLAB

8. Port Specifications

47

Table 6

Parameter Simulink Simscape

NS O

C O

TSCALE O

%SOC O

VSOC O

PLUS O

MINUS O

Voch(4.2*Ns)-6.5m

VSOC

VIN5V

VBAT60

Tscale

0

Soc

+-V

+-

SENSE_VBAT

I+

-

SENSE_IBAT

PS S

PS S

1

Ns

NS

C

Tscale

%SOC

VSOC

PLUS

MINUS

LI-ION_BATTERY

ICHG0.5C

IBAT

1.4

Capacity

Battery Model



MATLAB

Appendix


If Diode is error, Please choice Diode of SPICE-Compatiable Semiconductors/Diode


MATLAB

Appendix


Setting of Diode

Emission coefficient ,ND Default Value change 0.01


MATLAB


2. ニッケル水素電池のシンプルモデル


http://ow.ly/NQNU2

http://ow.ly/NQO3I

http://ow.ly/NQNU2

http://ow.ly/NQO3I


3. 鉛蓄電池のシンプルモデル


http://ow.ly/NQOhK

http://ow.ly/NQOo3

http://ow.ly/NQOhK

http://ow.ly/NQOo3


3. 鉛蓄電池のシンプルモデル


http://ow.ly/NQOhK

http://ow.ly/NQOo3

http://ow.ly/NQOhK

http://ow.ly/NQOo3


4. リチウムイオンのシンプルモデル


http://ow.ly/NQOMH

http://ow.ly/NQOTT

http://ow.ly/NQOMH

http://ow.ly/NQOTT


5. 電気二重層キャパシタのシンプルモデル


http://ow.ly/NQPmB

http://ow.ly/NQPso

http://ow.ly/NQPmB

http://ow.ly/NQPso

How to Design of Power Management of Hybrid Circuit(Battery and EDLC) using LTspice Simple Model

LTspice Version


6. 二次電池とキャパシタのハイブリッド回路シミュレーション事例

1.Circuit Method2.Battery System only3.Battery and EDLC System4.Conclusion

LTspice Version

SPICE Model using Simple Model by Bee Technologies

Lithium Ion Battery Modelhttp://www.bee-tech.info/simple-model-for-spice/lithium-ion-battery-model/

Electric Double-Layer Capacitor Modelhttp://www.bee-tech.info/simple-model-for-spice/edlc-model/



http://www.bee-tech.info/simple-model-for-spice/lithium-ion-battery-model/

http://www.bee-tech.info/simple-model-for-spice/lithium-ion-battery-model/

http://www.bee-tech.info/simple-model-for-spice/edlc-model/

1.Circuit Method

Battery System only Hybrid(Battery and EDLC) System

Lithium Ion

Battery

CurrentLoad

Lithium Ion

Battery

CurrentLoadEDLC

Control

Current Load Profile

Hybrid(Battery and EDLC) System

If Current load >0.6[A], EDLC workIf Current load =<0.6[A], Lithium Ion Battery work



1.Circuit MethodCurrent Load Profile

Hybrid(Battery and EDLC) System

If Current load >0.6[A], EDLC workIf Current load =<0.6[A], Lithium Ion Battery work

EDLC work

Lithium Ion Battery work



2.Battery System only



2.Battery System only

Current Load

Battery Voltage

Battery SOC(%): 100->91.64



3.Battery and EDLC System



Control

Battery Voltage

Battery SOC(%): 100->94.32

3.Battery and EDLC System

Current Load

EDLC Voltage



4. Conclusion

Battery System only Hybrid(Battery and EDLC) System

Lithium Ion

Battery

CurrentLoad

Lithium Ion

Battery

CurrentLoadEDLC

Control

SOC[%]

Start Stop

Lithium Ion Battery

100 91.64

SOC[%]

Start Stop

Lithium Ion Battery 100 94.32

If high Current wave form quickly, Hybrid Circuit is better.




ビー・テクノロジーのサイト http://www.beetech.info/

デバイスモデリング研究所のサイト

http://beetech-icyk.blogspot.jp/

http://www.beetech.info/

http://beetech-icyk.blogspot.jp/

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SPICE , MATLABユーザー向け二次電池 シミュレーションセミナーのプレゼン資料

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