【正文】 最后，衷心地感謝在百忙中評閱本文和參加答辯的各位老師。從課題開始到論文完稿的這段時間里，我與王業(yè)琴老師進行過多次交流和探討。 （5）可以嘗試用反饋神經網絡來取代BP網絡估算電池的充放電系數。在本文的計算過程中，簡化了一些影響因素，如環(huán)境溫度對電池容量的影響等。電池是一個高度非線性的系統(tǒng)，很難建立描述其充放電過程的準確數學模型。上述實驗表明，我們建立的BP網絡具有較好的適應性，已經較為有效的預測了鋰離子動力電池電壓、電流和放電容量間的映射關系。首先將訓練所用的數據輸入網絡，、鋰離子動力電池容量測量數據（Measured date）與預測數據（Estimated date）的比較圖。本文利用MATLAB仿真系統(tǒng)對網絡進行訓練，主要用到了MATLAB中神經網絡工具箱。這樣我們就建立了鋰離子動力電池的BP網絡模型。一個三層的前向網絡具有對任意精度連續(xù)函數的逼近能力。溫度和內阻會對鋰離子動力電池的容量產生一定的影響，但影響并不是很大；電流和電壓應是影響電池容量的主要因素小電流和常溫放電對鋰離子動力電池是有利的。通過前面的研究，我們知道鋰離子動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；鋰離子動力電池在放電的中期有一個較長的電壓平臺，在這一階段放電電壓相對平穩(wěn)，而且放電倍率越大，放電電壓平臺越低；在鋰離子動力電池放電后期，放電電壓又一次進入快速衰減期。5 基于神經網絡的電動汽車電池SOC估算研究5．1 動力電池的充放電實驗 樣本數據的選取保持測試的環(huán)境溫度為25℃，在相對較小的電流下進行放電，在充放電測試儀上對鋰離子動力電池進行測試，并自動記錄電池的電壓、電流和放電容量。激活函數是一個神經元及網絡的核心，網絡解決問題的能力與功效除了與網絡的結構有關，在很大程度上取決于所采用的激活函數。經過多次試驗后，發(fā)現在隱含層中采用15個節(jié)點就可以比較準確地描述鋰離子電池放電電流和放電電壓與電池放電容量的關系。影響SOC的因素很多，提高輸入層節(jié)點數，即考慮的因素越多，并不能提高神經網絡的判別準確率，反而增加了學習時間。起始時，λ取一個很大的數,相當于經典的梯度下降法；隨著向最優(yōu)點的靠近，λ減小到零，則相當于牛頓法。如果比例系數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的時候，逐漸與牛頓法相似。另一種則是采用基于數值最優(yōu)化理論的優(yōu)化算法。(5)計算均方誤差函數mse： （44）式中，e表示誤差矢量，t表示目標矢量，a表示輸出矢量，N表示矢量維數。如果輸出層不能得到期望的輸出，則轉入反向傳播，將誤差信號沿原來的路徑返回。步長和勢態(tài)項的系數選取不好會使訓練時間過長甚至會引起完全不能訓練其原因:一是網絡的麻痹現象，一是局部最小。在網絡建模的過程中，輸入層及輸出層節(jié)點數一般可根據實際需要加以確定，而隱層節(jié)點數的選取則有一定的難度，需要依據具體情況分析確定。（2）反向傳播，反向傳播時，把誤差信號按原來正向傳播的通路反向傳回，并對每個隱層的各個神經元的權系數進行修改，以期望誤差信號趨向最小。BP網絡采用BP學習算法來訓練網絡權重。Kohonen認為，當神經網絡在接受外界輸入時，網絡將會分成不同的區(qū)域，不同區(qū)域具有不同的響應特征，即不同的神經元以最佳方式響應不同性質的信號激勵，從而形成一種拓撲意義上的特征圖，該圖實際上是一種非線性映射。感知器和誤差反向傳播網絡采用前向網絡形式。 前向網絡如圖42所示，神經元分層排列，組成輸入層、隱含層和輸出層。神經元之間樹突和軸突相互連接的接觸點稱為突觸，其是調節(jié)神經元之間相互作用的基本單元，每個神經細胞所產生和傳遞的基本信息是興奮或抑制在兩個神經細胞之間由突觸傳遞，同時它還可以加強興奮或抑制的作用，但兩者不能同時發(fā)生。生物神經元主要有由細胞體、樹突、軸突和突觸組成。考慮容量的修正系數，得到如下同時考慮溫度、放電倍率和SOH補償的SOC計算公式： （315）4 人工神經網絡理論人工神經網絡（簡稱神經網絡，Neural Network）[13][14]是模擬人腦思維方式的數學模型。影響電池壽命的主要因素有：在充放電過程中電極活性物質表面積減少，極化增大；電極活性物質脫落，腐蝕或晶型改變導致活性降低；電池內部短路；隔膜損壞等。根據n和K的值確定不同電流下的，建立表格，通過查表和插值的方法來對放電倍率進行修正，可以避免在工程實際中進行繁瑣的數學運算，同時又滿足精度的要求。為了確定常數n，K的值，需要用兩種放電率，進行放電實驗，記錄兩種放電電流的放電時間和，于是根據式（36）得到如下兩式：, （37）分別取對數得到：, （38）聯(lián)立兩式求解可得到n的值： （39）將n帶入Peukert方程即可得到K的值。也就是說，在初始條件相同的情況下，用不同電流放電至截止電壓，電池所能放出的電量是不同的?；瘜W電源在存儲過程中容量會下降，這主要就是由兩個電極的自放電引起的。在不同溫度下，同一個電池在相同SOC的情況下電動勢是不同的。假定在理想狀態(tài)下，用電流積分法（安時法）計算電量的公式如下： （32）式中：t時刻的電池電量； t時刻的電池電量，這里假設t0時刻的電量為滿電量；若考慮溫度對容量的影響，在溫度T時電池的初始容量變?yōu)?，總容量變?yōu)?是與溫度有關的溫度系數，是標準溫度下的總容量）。但是如果溫度過高，電解液會發(fā)生副反應而產生大量的氣體，使電極材料變質，從而加速電池的老化，使電池的容量迅速衰減。為了計算電池的自放電，一般為電池管理系統(tǒng)配置一個實時時鐘，系統(tǒng)記錄下電池組上次掉電時和本次上電時的系統(tǒng)時間，得到電池組的靜置時間，然后根據事先通過離線實驗測得的自放電率來計算靜置時電池組的自放電，完成自放電補償。電池的負極一般是比較活潑的金屬，其標準電極電位比氫的電極負，當有正電性的金屬雜質存在時，就容易與負極形成有腐蝕作用的微電池。3．2 影響電池SOC的因素準確估算電池SOC，可以提高動力電池的能量效率，延長電池的使用壽命。以石墨/鋰鈷氧電池為例，反應原理如下： 負極： 正極： 電池總反應： 與其它二次電池相比，鋰離子電池具有更良好的綜合性能，；與相同瓦時數的鎳氫電池相比，重量和體積比鎳氫電池小約20%~30%，真正達到了高比能量。鎳氫動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、無污染等特點，已經被廣泛的應用。 鎳氫電池MH/Ni電池正極的活性物質為氫氧化鎳，負極板的活性物質為儲氫合金，其反應原理如下： 陰極反應 陽極反應 總反應 鎳氫蓄電池的電解液多采用KOH溶液，有時加入少量的LiOH。但鉛酸蓄電池作為動力蓄電池主要存在循環(huán)壽命短、電池自放電較強、比能量低等缺點。準確估算電動汽車電池SOC，將有效的解決電池的使用壽命等問題。（3）優(yōu)化資源配置。目前我國的石油對外依存太高，燃油車耗油占全國總油耗比例也日益增加。電池監(jiān)測和控制系統(tǒng)是一個隨車系統(tǒng)，因此電池的狀況是一個動態(tài)的過程。從電動汽車的使用過程中發(fā)現，單個電池的壽命遠比電動汽車中的電池長，借助電池管理系統(tǒng)(BMS)，還可以優(yōu)化電池的外部參數，大大增加電池的壽命。這些問題都涉及到電池的能量管理和整車的能量管理。 電動汽車電池管理系統(tǒng)的研究現狀 電動汽車的發(fā)展不斷成熟，但也還有很多問題沒有解決，例如如何提高電動汽車的續(xù)駛里程和舒適性，電池的剩余電量的指示，電池如何在變化的氣候條件下工作，如何對電池快速充電。 在電池管理系統(tǒng)中，電池電壓的精確測量和剩余電量的準確預測是管理系統(tǒng)亟待突破的兩個技術關鍵。ESX3。Precept、Ford繼PRIUS混合動力轎車之后，豐田汽車公司還推出了ESTIMA混合動力汽車和搭載軟混合動力系統(tǒng)的CROWN轎車。 國外主要國家電動汽車發(fā)展情況目前世界各國著名的汽車廠商都在加緊研制各類電動汽車，并且取得了一定程度的進展和突破。我國電動汽車開發(fā)高起點起步，圍繞重點目標和核心技術，建立起了純電動、混合動力和燃料電池三類汽車動力系統(tǒng)技術平臺和產學研合作研發(fā)體系，取得了一系列突破性