La tension, la résistance interne, la production de chaleur et la température forment une boucle fermée dans une cellule NiMH en charge : le courant et la résistance génèrent de la chaleur, la chaleur modifie la résistance et les potentiels d'électrode, ces changements altèrent la tension et l'acceptance de charge, et l'acceptance modifiée change la part du courant qui devient chaleur. Un modèle qui traite électricité et chaleur séparément rate la rétroaction qui compte le plus en charge rapide. Cet article construit un modèle électro-thermique couplé – un circuit équivalent dépendant de la température pour la tension, un réseau thermique global pour la température et le couplage bidirectionnel entre eux – et montre comment il prédit les trajectoires de charge, dimensionne le refroidissement et le courant, et quantifie la marge vis-à-vis des limites thermiques avant qu'un seul prototype ne soit maltraité.
Le sous-modèle électrique est un circuit équivalent : une résistance ohmique et un ou deux blocs de polarisation RC en série avec une tension d'équilibre dépendant du SOC et de la température. Les paramètres identifiés à partir d'essais par impulsions sur une grille de SOC et de température – les méthodes de l'article 17 – sont stockés comme surfaces de consultation, afin que le modèle reproduise la façon dont une cellule froide montre une plus grande résistance et un pic de tension plus élevé, et une cellule chaude l'inverse. Surtout, les paramètres portent la dépendance à la température, ce qui couple la moitié électrique à la moitié thermique.
Même un modèle à un seul RC capture l'essentiel de la tension dynamique ; un second RC améliore le comportement à l'échelle de la diffusion, utile aux longues impulsions et à l'estimation du moment où l'amorçage d'oxygène surviendra pour un courant donné.
Le sous-modèle thermique applique le bilan énergétique de l'article 4 : la production de chaleur est la somme de la chaleur I-carré-R et de polarisation (désormais calculée à partir des résistances et courants de l'ECM), du terme entropique réversible tabulé contre le SOC, et de la chaleur de recombinaison qui s'active après le genou d'amorçage d'oxygène. Une capacité globale et une résistance thermique vers l'ambiante (ou un réseau multi-nœuds pour un pack) propagent la température ; les paramètres viennent de la masse de la cellule, de la chaleur spécifique et d'une courbe de refroidissement mesurée.
Représenter la chaleur de recombinaison comme un terme conditionné par le SOC est le choix de modélisation clé pour le NiMH, car il reproduit l'inflexion thermique de fin de charge qu'un modèle purement résistif ne peut pas – la même inflexion que surveille le terminateur dT/dt.
Le couplage va dans les deux sens : les pertes résistives et de recombinaison du modèle électrique alimentent le modèle thermique comme sources, tandis que la température du modèle thermique est réinjectée dans les surfaces de paramètres de l'ECM et dans le modèle d'acceptance/efficacité de charge. Résoudre les deux ensemble à chaque pas de temps reproduit des phénomènes observés que les modèles découplés ratent – le pic de tension qui se rétrécit pour la cellule chaude, la température de fin de charge qui s'accélère, et la rétroaction positive qui fait diverger une cellule piégée thermiquement.
Cela expose aussi la marge de stabilité : un profil de charge n'est thermiquement sûr que si l'équilibre du système couplé au courant proposé se situe sous la limite absolue de température avec marge ; si la production de chaleur augmente avec la température plus vite que le refroidissement ne peut l'évacuer, le modèle prédit la divergence avant que le matériel ne soit risqué.
Un contrôleur prédictif inverse le modèle : étant donné un temps de charge cible et une température maximale de cellule, il cherche la plus grande trajectoire de courant dont la température simulée, l'indicateur de pression et la tension restent dans les limites – donnant un profil multi-étapes basé sur modèle du type préconisé par la recherche de charge optimale (développé dans le groupe frontalier). Comparé à une table de déclassement fixe, la planification basée modèle charge plus vite quand la cellule est fraîche et forte, et recule précisément quand le modèle couplé prédit l'inflexion thermique.
Le même modèle soutient la conception de pack : les réseaux thermiques multi-nœuds révèlent la cellule intérieure la plus chaude et le flux d'air ou la conduction nécessaires pour la maintenir dans les bornes, alimentant directement les articles de gestion thermique du groupe pack.
L'identification procède par des essais d'impulsions et thermiques contrôlés sur l'espace SOC-température-courant, en ajustant les paramètres ECM, la capacité thermique et la résistance thermique, puis en validant contre des charges complètes indépendantes dans des conditions réservées – le modèle doit prédire une charge inédite à 0,7C à partir de paramètres identifiés à d'autres taux. Les revues de modélisation thermique par apprentissage automatique complètent de plus en plus le modèle physique par une correction résiduelle pilotée par les données, mais le cœur physique est ce qui permet au modèle d'extrapoler en sécurité au-delà de ses données d'apprentissage.
La première figure schématise la structure couplée bidirectionnelle ; la seconde compare les trajectoires tension/température mesurées et prédites, les preuves de validation requises avant que le modèle ne soit autorisé à fixer le courant.
Un modèle électro-thermique utile fournit les surfaces de paramètres, le conditionnement de l'amorçage d'oxygène/chaleur de recombinaison, la température de pire cas prédite pour chaque profil candidat, et des bornes de confiance reflétant l'incertitude des paramètres. Ses limites sont honnêtes : il prédit le comportement moyen de la cellule plutôt que des points chauds locaux, et la pression est représentée indirectement à moins qu'un sous-modèle de bilan gazeux ne soit ajouté (article 3). Utilisé dans ces limites, il convertit la conception de charge rapide d'essais-erreurs en ingénierie pilotée par simulation.
Weijiang soutient les partenaires basés modèle avec les données d'impulsions, thermiques et d'acceptance nécessaires à l'identification des paramètres. L'article suivant demande quelle quantité de détail physique un modèle de charge requiert vraiment, en comparant les approches de modélisation par circuit équivalent et électrochimique.
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