之前我們有一系列文章介紹了電動車EMC模擬的方法，作為高壓系統中的重要部件，研究動力電池的阻抗特性對於高壓系統的EMC性能分析非常關鍵。在高壓電池內部，控制高壓和低壓耦合有利於減小低壓線的受擾風險，GB/T 18655中規定了高低壓耦合衰減要求。對於整個高壓系統來說，動力電池阻抗直接影響來自高壓干擾源（如逆變器）的傳導騷擾的傳播；高壓迴路產生的磁場也有可能會干擾到一些磁敏感設備或感測器；在低頻段，時變的牽引電流產生的磁場對於人體安全，尤其是植入和可穿戴的醫療設備的影響也同樣值得關注。
本期我們將主要介紹模擬動力電池阻抗特性的方法與應用舉例。
傳統的電池包內部結構，是由多個電芯構成電池模組，然後將模組透過螺栓固定在擁有橫樑和縱樑的外殼上，如此重複，多個電池模組最後組成電池包。那麼，實際建模模擬就可能包含電芯模型、模組模型和電池包模型，我們可以採取全三維模型建模模擬方法，即建立每一個模組內部的電芯模型再到完整的電池包模型；也可以採取混合方法，先對模組進行建模模擬提取S參數，再建立從模組到電池包的模型。相比來說，後一種方法具有更高的模擬效率和更低的資源消耗。除此之外，目前流行的Cell to Pack的設計思路則將電芯以陣列的方式直接裝進電池包內，省略了把電芯組裝成模組這一步。本文中，即以「刀片電池」結構為基本建模對象，首先分析電芯阻抗特性。
對於電芯的建模，由於電芯本身是一個複雜的物理、化學體系，從電化學阻抗譜（EIS）我們可以看到電池阻抗隨頻率變化的過程和其主要影響因素。
針對高壓系統的EMC性能分析，電池阻抗在150kHz-30MHz主要受到集膚效應影響呈現感性，因此在電路模型中可以使用等效電路來模擬電芯。
此外，電池的阻抗特性也受到溫度、電池荷電狀態、壽命等因素影響，但對於整個電池包的阻抗模擬，則基於某一狀態下的電芯，分析包括電池結構、高壓母線、屏蔽結構等在內的整體阻抗性能。
如下圖所示，首先建立單電芯的模擬模型。
模擬得到單電芯阻抗特性Z11。工程中可以導入測試所得S參數，或透過電路擬合逼近測試結果。由於本例中沒有實際測試輸入，因此作為舉例本文中簡單調整電路獲得擬合後Z11_1。
驗證單電芯模型之後，我們可以建立完整電池包模型，如下圖。
由此獲得整體電池包阻抗，如下。
在實際工程中，我們可以將模擬所得的整體電池包阻抗結果與測試結果進行對比，評估並最佳化電池包整體模型。
動力電池高低壓耦合衰減模擬
動力電池的電池管理系統包含大量低壓線束，在電池包模型基礎上建立低壓電纜模型，可模擬高低壓耦合情況，評估低壓線所受干擾風險。
根據GB/T 18655中HV-耦合衰減測量方法，分別在高壓線和低壓線端設置端口，模擬高壓正線、高壓負線與低壓線端口間的S參數，透過計算獲得耦合衰減，結果如下。
傳導電流模擬
動力電池的阻抗模擬之後，可以進一步用於評估整個高壓系統的輻射發射和傳導發射水準，例如CST電動車EMC模擬（六）－解鎖GB/T18387車輛整體RE模擬的密碼（中）中展示了兩種電池包對整車RE的影響，CST電動車EMC模擬（七）－解鎖GB/T18387車輛整體RE模擬的密碼（下）中介紹了電池包上方磁場分佈的模擬。那麼，除了模擬外部的電場和磁場，我們也可以非常輕鬆地在高壓線和屏蔽層上設定探針，了解高壓系統內部電流傳導。如下圖所示，使用模擬動力電池所得到的touchstone檔案建立電路模型，比較是否包含動力電池阻抗兩種情況下高壓電線和屏蔽的電流。
如下圖所示為高壓正和其屏蔽層的電流對比結果。
從結果可以看出，兩組電流有顯著差異，那麼電流對外輻射所產生的電場和磁場也會受到阻抗影響。因此，在整車EMC模擬建模時電池阻抗不能被忽略。
小結：本文我們介紹了動力電池包阻抗分析的方法和思路，並簡單舉例了動力電池阻抗分析的兩個應用場景。實際上由於電動車電磁相容性的複雜性，動力電池作為高壓系統的重要組成部分，除針對動力電池本身的模擬外，其阻抗分析結果可用於模擬其它部件所產生的干擾和車內外電磁環境分析的模型中，也可以用於整車環境下的人體SAR模擬（實際上乘客和駕駛員坐在整個電池包的上方位置），對於SAR模擬感興趣可關注CST SAR模擬系列。
原文轉載來自: 周明 – CST電動車EMC模擬（八）——動力電池阻抗分析與高低壓耦合仿真
系列文章：
CST電動車EMC模擬（一）——馬達的3D建模
CST電動車EMC模擬（二）——馬達控制器MCU的EMC模擬
CST電動車EMC模擬（三）——初探軸電壓
CST電動車EMC模擬（四）——馬達控制器MCU濾波模擬
CST電動車EMC模擬（五）——解鎖GB/T18387車輛整體RE模擬的密碼（上）
CST電動車EMC模擬（六）——解鎖GB/T18387車輛整體RE模擬的密碼（中）
CST電動車EMC模擬（七）——解鎖GB/T18387車輛整體RE模擬的密碼（下）
CST電動車EMC模擬（八）——動力電池阻抗分析與高低壓耦合模擬
CST電動車EMC模擬（九）——實現車輛整體模型的自動化簡化
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