應(yīng)用類神經(jīng)網(wǎng)路於鋰電池之剩余電量估測(cè)

1、2010/03/231應(yīng)用類神經(jīng)網(wǎng)路於鋰電池之剩餘電量估測(cè) 指導(dǎo)教授：陳沛仲老師 報(bào)告者：陳志豪2010/03/232目錄 1.摘要2.電池充、放電方式3.實(shí)驗(yàn)設(shè)備4.剩餘電量估測(cè)系統(tǒng) 5.倒傳遞類神經(jīng)網(wǎng)路6.實(shí)驗(yàn)結(jié)果7.結(jié)論8.未來規(guī)劃2010/03/233摘要 本研究是以類神經(jīng)網(wǎng)路為基本架構(gòu)，提出一鋰電池的剩餘電量估測(cè)系統(tǒng)。以倒傳遞演算法及最陡坡降法來訓(xùn)練類神經(jīng)網(wǎng)路，獲得最佳權(quán)重及偏權(quán)值，完成類神經(jīng)網(wǎng)路的訓(xùn)練。2010/03/234電池充、放電方式充電方式：採(cǎi)用定電流充電法，為了避免過充電的情況發(fā)生，必須對(duì)充電時(shí)間加以限制或是加入額外的充電停止條件。其設(shè)定如下所示：充電電壓：29.2 V充

2、電電流：3 A充電停止條件：當(dāng)電壓已達(dá)穩(wěn)態(tài)且電流降至0.05A 時(shí)，維持30分鐘立即將電池停止充 電。2010/03/235放電方式：利用直流無刷馬達(dá)在不同大小的負(fù)荷中運(yùn)轉(zhuǎn)，借此讓電池耗電，而為了要限制估測(cè)的範(fàn)圍，設(shè)定了一個(gè)放電截止條件，如下所示：最小負(fù)荷：0.1Nm放電停止條件：當(dāng)負(fù)荷已達(dá)最小負(fù)荷且馬達(dá)也從運(yùn) 轉(zhuǎn)中停止時(shí)，此為放電停止條件。2010/03/236實(shí)驗(yàn)設(shè)備電流-電壓轉(zhuǎn)換器實(shí)驗(yàn)設(shè)備架構(gòu)示意圖負(fù)載電流負(fù)載扭力、轉(zhuǎn)速負(fù)載電壓2010/03/237馬達(dá)控制器分壓器 (10:1)鋰鐵電池馬 達(dá)電 腦磁粉式電力制動(dòng)器及控制器電流-電壓轉(zhuǎn)換器Labview電壓電流扭力轉(zhuǎn)速Labview：用來

3、抓取數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)的抓取如下所示2010/03/238剩餘電量估測(cè)系統(tǒng)為了描述電池的剩餘電量，必須先定義電池的電容量： 其次，定義電池剩餘電量： 是鋰電池的初始電容量， 是目前的電容量，I(t)是放電電流，Cestimated是估測(cè)的電容量，Cremoved是被消耗的電容量。 dttItCtCn0 %CCC%SOCestimatedremovedestimated100 0tC ntC2010/03/239倒傳遞類神經(jīng)網(wǎng)路1x2x3x 輸入層 第一隱藏層 第二隱藏層 輸出層 jbkbijkjiwkjwlkwy2010/03/2310minmaxminzzzzxz是正規(guī)化變數(shù)，zmax是z的最大值

4、，zmin是z的最小值。 剩餘電量估測(cè)系統(tǒng)的輸入變數(shù)為x1、x2和x3分別代表正規(guī)化後的負(fù)載電壓、負(fù)載電流和累積輸出功；輸出變數(shù)y代表正規(guī)化後的電池剩餘電量。2010/03/2311定義目標(biāo)函數(shù): 221yyE* xexf11定義活化函數(shù): njnjnetfynjininjinjbywnet1輸出: 其中由最陡坡降法，網(wǎng)路權(quán)重的調(diào)整幅度和目標(biāo)函數(shù)對(duì)權(quán)重的導(dǎo)函數(shù)大小成正比關(guān)係，可表示如下： wEw2010/03/2312權(quán)重的調(diào)整法則如下: 2311jjnetnetkjkkjijieewtwtw 2411kknetnetlkllkjkjeewtwtw 211llnetnet*lklkeeyytw

5、twnknknetE其中:2010/03/2313同理，偏權(quán)值的調(diào)整幅度可表示如下：bEb偏權(quán)值的調(diào)整法則如下： 2311jjnetnetkjkkjjeewtbtb 2411kknetnetlkllkkeewtbtb2010/03/2314剩餘電量估測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)圖+-剩餘電量估測(cè)系統(tǒng)x1, x2, x3yy*調(diào)整wji, wkj, wlk, bj & bk2010/03/2315隨機(jī)產(chǎn)生初始權(quán)重與偏權(quán)值，令t = 0t = t +1，計(jì)算SOC調(diào)整權(quán)重與偏權(quán)值計(jì)算RMSERMSE em and t tm ?給定tmax, tm, emax & em結(jié)束開始RMSE tmax?正規(guī)

6、化訓(xùn)練資料AABBNOYESNOYES剩餘電量估測(cè)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)流程 21121Nii*iyyNRMSE2010/03/2316實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過20000次的學(xué)習(xí)，均方根誤差可收斂到0.002686 00.511.52x 10400.050.10.150.2Root Mean Square ErrorLearning epoch2010/03/2317測(cè)試樣本有V25_T07、V25_T05、V20_T07、V20_T05、V20_T03和 V15_T05六個(gè)測(cè)試樣本。 每一個(gè)測(cè)試樣本皆取其中的10點(diǎn)來做剩餘電量估測(cè)，並和真實(shí)的剩餘電量做比較，且以均方根誤差Errrms來評(píng)估其正確性。 均方根誤差Er

7、rrms定義如下： 211012101ii*irmsSOCSOCErr2010/03/23180246810102030405060708090100SOC (%)DataReal SOC*Estimated SOC0246810102030405060708090100SOC (%)DataReal SOC*Estimated SOCV25_T05V25_T07均方根誤差0.3357均方根誤差0.44582010/03/23190246810020406080100SOC (%)DataReal SOC*Estimated SOC0246810102030405060708090100SOC

8、 (%)DataReal SOC*Estimated SOCV20_T05V20_T07均方根誤差0.5557均方根誤差0.43332010/03/23200246810020406080100SOC (%)DataReal SOC*Estimated SOC0246810102030405060708090100SOC (%)DataReal SOC*Estimated SOCV15_T05V20_T03均方根誤差0.2112均方根誤差0.43942010/03/2321測(cè)試樣本Errrms (%)V25_T070.3357V25_T050.4458V20_T070.5557V20_T050.4333V20_T030.2112V15_T050.4394從這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果知，應(yīng)用本文所提的方法來估測(cè)鋰電池的剩餘電量是有效率且是可行的方法。 2010/03/2322結(jié)論 雖然鋰電池具有非線性特性，利用類神經(jīng)網(wǎng)路所建立之鋰電池剩餘