Modeling and Simulation of Battery Pack DC Fast Charging

Abstract

The rapid growth of electric vehicles (EVs) has increased the demand for efficient and reliable battery charging systems. Among the available charging technologies, DC fast charging has emerged as a promising solution to significantly reduce charging time and improve user convenience. However, fast charging introduces several challenges related to battery performance, thermal behavior, safety, and lifespan. This work focuses on the modeling and simulation of a battery pack during DC fast charging. A mathematical model of the battery pack is developed to analyze its electrical behavior under different charging conditions. The charging system is simulated using appropriate software tools to evaluate key parameters such as voltage, current, state of charge (SOC), and charging efficiency. The simulation results demonstrate the effectiveness of DC fast charging in reducing charging duration while maintaining acceptable battery operating conditions. The study also highlights the importance of proper charging control strategies to ensure battery safety and extend battery life. The developed model provides a useful framework for understanding battery pack behavior and optimizing fast-charging systems for future electric vehicle applications. Keywords: Electric Vehicles, Battery Pack, DC Fast Charging, Modeling, Simulation, State of Charge, Charging Efficiency. أدى النمو السريع للمركبات الكهربائية إلى زيادة الحاجة إلى أنظمة شحن فعالة وموثوقة. ومن بين تقنيات الشحن المتاحة، يُعد الشحن السريع بالتيار المستمر (DC Fast Charging) حلاً واعدًا لتقليل زمن الشحن بشكل كبير وتحسين راحة المستخدم. ومع ذلك، يطرح الشحن السريع عدة تحديات تتعلق بأداء البطارية وسلوكها الحراري وسلامتها وعمرها الافتراضي. يركز هذا العمل على نمذجة ومحاكاة حزمة بطاريات أثناء عملية الشحن السريع بالتيار المستمر. تم تطوير نموذج رياضي لحزمة البطاريات لتحليل سلوكها الكهربائي تحت ظروف شحن مختلفة. كما تم إجراء المحاكاة باستخدام برامج متخصصة لتقييم المعلمات الأساسية مثل الجهد الكهربائي، والتيار، وحالة الشحن (SOC)، وكفاءة الشحن. أظهرت نتائج المحاكاة فعالية الشحن السريع بالتيار المستمر في تقليل مدة الشحن مع الحفاظ على ظروف تشغيل مناسبة للبطارية. كما أبرزت الدراسة أهمية استراتيجيات التحكم المناسبة لضمان سلامة البطارية وإطالة عمرها التشغيلي. ويوفر النموذج المطور إطارًا مفيدًا لفهم سلوك حزم البطاريات وتحسين أنظمة الشحن السريع لتطبيقات المركبات الكهربائية المستقبلية.