【正文】 結(jié) 論 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組 SOC 估計(jì)是電池技術(shù)的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。 （ 3）如果以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型作為基礎(chǔ)，結(jié)合其他 SOC 的估計(jì)方法，或許能夠更準(zhǔn)確的得到電池組的 SOC。特別是她那淵博的專業(yè)知識(shí)、一絲不茍的科研精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、兢兢業(yè)業(yè)的工作作風(fēng)，令我終身難忘。從課題開始到論文完稿的這段時(shí)間里，我與王業(yè)琴老師進(jìn)行過(guò)多次交流和探討。在本文的計(jì)算過(guò)程中，簡(jiǎn)化了一些影響 因素，如環(huán)境溫度對(duì)電池容量的影響等。 上述實(shí)驗(yàn)表明，我們建立的 BP 網(wǎng)絡(luò)具有較好的適應(yīng)性，已經(jīng)較為有效的預(yù)測(cè)了鋰離子動(dòng)力電池電壓、電流和放電容量間的映射關(guān)系。 本文利用 MATLAB 仿真系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，主要用到了 MATLAB 中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱。一個(gè)三層的前向網(wǎng)絡(luò)具有對(duì)任意精度連續(xù)函數(shù)的逼近能力。通過(guò)前面的研究，我們知道鋰離子動(dòng)力電池在放電初期放電電壓迅速降低，而且隨著放電倍率的增大，放電電壓下降的速度隨之增大；鋰離子動(dòng)力電池在放電的中期有一個(gè)較長(zhǎng)的電壓平臺(tái)，在這一階段放電電壓相對(duì)平穩(wěn)，而且放電倍率越大，放電電壓平臺(tái)越低；在鋰離子動(dòng)力電池放電后期，放電電壓又一次進(jìn)入快速衰減期。 激活函數(shù)是一個(gè)神經(jīng)元及網(wǎng)絡(luò)的核心 ， 網(wǎng)絡(luò)解決問(wèn)題的能力與功效除了與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)有關(guān) ， 在很大程度上取決于所采用的激活函數(shù)。影響 SOC 的因素很多，提高輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)，即考慮的因素越多，并不能提高 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的判別準(zhǔn)確率，反而增加了學(xué)習(xí)時(shí)間。 電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 共 33 頁(yè) 如果比例系數(shù) μ=0， 則為牛頓法 ； 如果 μ 取值很大 ,則接近梯度下降法 ， 每迭代成功一步 ， 則 μ 減小一些 ， 這樣在接近誤差目標(biāo)的時(shí)候 ， 逐漸與牛頓法相似。 (5)計(jì)算均方誤差函數(shù) mse： 2112 )(11m s e iNi iNi i atNeN ??? ?? ?? （ 44） 式 中， e 表示誤差矢量， t 表示目標(biāo)矢量， a 表示輸出矢量， N 表示矢量維數(shù)。步長(zhǎng)和勢(shì)態(tài)項(xiàng)的系數(shù)選取不好會(huì)使訓(xùn)練時(shí)間過(guò)長(zhǎng)甚至?xí)鹜耆荒苡?xùn)練其原因 :一是網(wǎng)絡(luò)的麻痹現(xiàn)象，一是局部最小。 （ 2） 反向傳播，反向傳播時(shí)，把誤差信號(hào)按原來(lái)正向傳播的通路反向傳回，并對(duì)每個(gè)隱層的各個(gè)神經(jīng)元的權(quán)系數(shù)進(jìn)行修改，以期望誤差信號(hào)趨向最小。 Kohonen 認(rèn)為，當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在接受外界輸入時(shí)，網(wǎng)絡(luò)將會(huì)分成不同的區(qū)域，不同區(qū)域具有不同的響應(yīng) 特征，即不同的神經(jīng)元以最佳方式響應(yīng)不同性質(zhì)的信號(hào)激勵(lì)，從而形成一種拓?fù)湟饬x上的特征圖，該圖實(shí)際上是一種非線性映射。 前向網(wǎng)絡(luò) 如圖 42 所示 ，神經(jīng)元分層排列，組成輸入層、隱含層和輸出層。生物神經(jīng)元主要有由細(xì)胞體、樹突、軸突和突觸組成。 影響電池壽命的主要因素有：在充放電過(guò)程中電極活性物質(zhì)表面積減少，極化增大；電極活性物質(zhì) 脫落，腐蝕或晶型改變導(dǎo)致活性降低；電池內(nèi)部短路；隔膜損壞等。為了確定常數(shù) n， K 的值，需要用兩種放電率 1I ， 2I 進(jìn)行放電實(shí)驗(yàn)，記錄兩種放電電流的放電時(shí)間 1t 和 2t ，于是根據(jù)式（ 36）得到如下兩式： KtIn ?11 , KtI ?2n2 （ 37） 分別 取對(duì)數(shù)得到： KtIn lglglg 11 ?? , KtIn lglglg 22 ?? （ 38） 聯(lián)立兩式求解可得到 n 的值： 1212 lglg lglgn II tt ??? （ 39） 將 n 帶入 Peukert 方程即可得到 K 的值。化學(xué)電源在存儲(chǔ)過(guò)程中容量會(huì)下降，這 主要就是由兩個(gè)電極的自放電引起的。假定在理想狀態(tài)下，用電流積分法（安時(shí)法）計(jì)算電量的公式如下： dttt ti ???00 )()t()t( （ 32） 式中： )(TQ t 時(shí)刻的電池電量； )(0tQ t 時(shí)刻的電池電量，這里假設(shè) t0 時(shí)刻的電量為滿電量； 若考慮溫度對(duì)容量的影響，在溫度 T 時(shí)電池的初始容量變?yōu)?)0t(QmT ，總?cè)萘孔優(yōu)?0QmT ( Tm 是與溫度有關(guān)的溫度系數(shù)， 0Q 是標(biāo)準(zhǔn)溫度下的總?cè)萘浚?。為了?jì)算電池的自放電，一般為電池管理系統(tǒng)配置一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘，系統(tǒng)記錄下電池組上次掉電時(shí)和本次上電時(shí)的系統(tǒng)時(shí)間，得到電池組的靜置時(shí)間，然后根據(jù)事先通過(guò)離線實(shí)驗(yàn)測(cè)得的自放電率來(lái)計(jì)算靜置時(shí)電池組的自放電，完成自放電補(bǔ)償。 3． 2 影響電池 SOC 的因素 準(zhǔn)確估算電池 SOC，可以提高動(dòng)力電池的能量效率，延長(zhǎng)電池的使用壽命。 鎳氫動(dòng)力蓄電池具有良好的可逆性、高比能量、高功率、適合大電流放電、可循環(huán)充放電、無(wú)污染等特點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用。但鉛酸蓄電池作為動(dòng)力蓄電池主要存在循環(huán)壽命短、電池自放電較強(qiáng)、比能量低等缺點(diǎn)。 （ 3）優(yōu)化資源配置。電池監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)是一個(gè)隨車系統(tǒng)，因此電池的狀況是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程。這些問(wèn)題都涉及到電池的能量管理和整車的能量管理。 在電池管理系統(tǒng)中，電池電壓的精確測(cè)量和剩余電量的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是管理系統(tǒng)亟待突破的兩個(gè)技術(shù)關(guān)鍵。 1997年 12 月，豐田汽車公司首先在日本市場(chǎng)上推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力轎車 PRIUS。 2． 2 電動(dòng)汽車國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 目前我國(guó)電動(dòng)汽車發(fā)展情況 經(jīng)過(guò) 10 多年的努力，我國(guó)電動(dòng)汽車自主創(chuàng)新取得了重要突破，自主開發(fā)的產(chǎn)品開始批量化進(jìn)入市場(chǎng)，發(fā)展環(huán) 境逐步改善，產(chǎn)業(yè)發(fā)展具備了較好基礎(chǔ)，具有了加快發(fā)展的有利條件和比較優(yōu)勢(shì)。 電動(dòng)汽車數(shù)年都沒能取得技術(shù)上的突破，而內(nèi)燃機(jī)汽車卻得到迅猛發(fā)展。所以準(zhǔn)確估算電動(dòng)汽車電池 SOC 對(duì)于電動(dòng)汽車的發(fā)展有著非常重要的意義。 電動(dòng)汽車電池 SOC 估算的方法很多，由上述介紹可知，不同的方法有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。電池交流阻抗可用交流阻抗儀來(lái)測(cè)量，受溫度影響很大。 o，那么當(dāng)前狀態(tài)的 SOC 為： ??? t ICS O CS O C0 dn1o ?? （ 16） Cn為額定容量； I 為電池電流； ?為充放電效率。 SOC 的理想定義和實(shí)車環(huán)境下的 SOC 的計(jì)算方法是有差別的。 電動(dòng)汽車（ EV,Electric Vehicle） [1]，作為清潔、高效、智能的汽車，可有效的解決環(huán)境和能源問(wèn)題，是燃油汽車?yán)硐氲奶娲?。而影?SOC 準(zhǔn)確計(jì)量的因素很多，其中開路電壓、自恢復(fù)效應(yīng)、溫度、充放電電流、老化程度等都與 SOC 密切相關(guān)，本課題將對(duì)電動(dòng)汽車電池 SOC 進(jìn)行估算研究。 從電量的角度定義 SOC： 電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 33 頁(yè) 電池的初始容量電池的最大容量 電池的初始容量容量電池隨時(shí)間變化的剩余 ? ??S O C （ 13） 日本本田公司電 動(dòng)汽車 EV plus 定義 SOC： 容量衰減因子額定容量 剩余容量 ??S O C （ 14） 剩余容量 =額定容量 凈放電量 自放電量 溫度補(bǔ)償容量 （ 15） 由于 SOC 受很多因素的影響，所以不同的電動(dòng)汽車對(duì) SOC 的定義使用形式也不一樣。該方法需要電池長(zhǎng)時(shí)間靜置，而電池恢復(fù)穩(wěn)定需要幾個(gè)小時(shí)甚至十幾個(gè)小時(shí)，測(cè)量不方便，所以只適用于電動(dòng)汽車駐車狀態(tài)。 線性模型法 該方法是基于 SOC 變化量、電流、電 壓和上一個(gè)時(shí)間點(diǎn) SOC 值，建立的線性方程： ? ? ? ? ? ? ?? 132i10i ?????? iSO CiIUSO C ???? （ 17） ? ? ?? ? ?i1ii S O CS O CS O C ???? （ 18） ??iSOC 為當(dāng)前時(shí)刻 SOC 值， ??iSOC? 為 SOC 變化量， U 和 I 為 當(dāng)前時(shí)刻的電壓和電流值， ? 為系數(shù)。負(fù)載電壓法很少應(yīng)用到實(shí)車上，但常用來(lái)作為電池充放電截止的判據(jù)。電動(dòng)車由美國(guó)人托馬斯 達(dá)文波特和蘇格蘭人羅伯特 戴維森在 1842年研制，他們首次使用了不可充電電池。 20世紀(jì) 70年代和 80年代的能源危機(jī)令電動(dòng)車再次得到業(yè)界的重視。自20xx~20xx 年，我國(guó)在電動(dòng)汽車領(lǐng)域已獲得專利 1796 項(xiàng)，其中發(fā)明專利達(dá) 940 項(xiàng)。 電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 33 頁(yè) 美國(guó)的汽車公司在電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化方面比來(lái)自日本的同 行遜色不少，三大汽車公司僅僅小批量生產(chǎn)、銷售過(guò)純電動(dòng)汽車。而目前應(yīng)用在剩余電量預(yù)測(cè)方面有許多種算法，由于對(duì)電池內(nèi)部運(yùn)行機(jī)理的復(fù)雜性以及狀態(tài)的不可確定性，一般建立在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上的算法更為準(zhǔn)確，對(duì)不同類型和安時(shí)數(shù)的電池而言算法可能不同，因此專用性較強(qiáng)。電池外部因素也影響電池的壽命，如電池的充電參數(shù)，包括充電方式、充電電流、充電結(jié)束電壓；電池的放電參數(shù)，包括電池的放電電流、放電深度、脈沖電流等；電池的溫度；對(duì)電池維護(hù)的方式和頻率。電動(dòng)汽車的發(fā)展對(duì)經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境的影響意義重大： （ 1）節(jié)約能源，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的制造成本居高不下，這將制約著電動(dòng)汽車的發(fā)展。但能量密度低， 所以 無(wú)法在其它類型 電動(dòng)汽車上應(yīng)用。 電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 33 頁(yè) 鋰離子電池 由于金屬鋰位于元素周期表的第一主族第二位，在金屬中具有最負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位 ()，以及最小的電化當(dāng)量 ()，因而與適當(dāng)?shù)恼龢O材料匹配構(gòu)成的鋰電池，具有比能量高、電壓高的特點(diǎn)。引起自放電的原因是多方面的，包括電極的腐蝕，活性物質(zhì)的溶解，電極上的歧化反應(yīng)等，其中最主要的主要原因是負(fù)極的腐蝕和正極的自放電。 一般來(lái)說(shuō)，電池的中高溫放電容量明顯比低溫時(shí)放電容量大，這是因?yàn)楦邷赜欣陔姌O材料中離子的擴(kuò)散，提高了材料的動(dòng)力學(xué)性能，同時(shí)電解液中電解質(zhì)的電導(dǎo)率也隨著溫度的升高而增加，使得遷移內(nèi)阻減小。 電池的電動(dòng)勢(shì)也受到溫度的影響。 放電倍率因素 電池在不同放電倍率（即放電電流）下放電時(shí)，放出的電量是不一樣的。則由式（ 39）得到： KQ I n?? 100 , KQ I n?? 111 （ 310） 兩式相除得： nII ?? 10101 )/(/ （ 311） 令