電池剩余放電時間的預測研究

高藝

摘 要：建立鉛酸電池剩余放電時間分析模型及蓄電池剩余容量的綜合分析模型，從研究鉛酸電池以恒定電流強度放電入手，建立電壓隨時間變化關系模型。以該模型為基礎，結合電壓隨放電時間歷史實測數據、放電曲線平均相對誤差以及放電過程中所呈現(xiàn)出的規(guī)律，采用擬合方法計算電池剩余放電時間，描述出剩余放電時間。利用擬合二階、三階、四階選取誤差最小的函數進行計算，使其數值更加準確。該方法適應各部門經濟發(fā)展的需要和國防建設的需要，并為其提供參考。

關鍵詞：電池;剩余放電時間;預測;實證分析

中圖分類號：TM912.1? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1673-291X（2019）28-0188-02

引言

鉛酸電池以恒定電流強度放電的過程中，放電電壓隨放電時間的增長而單調下降，直至其額定最低保護電壓9V。從蓄電池蓄滿電開始放電，電壓隨時間變化的關系即放電曲線。蓄電池在當前負荷下還能供電多長時間即以當前電流強度下由當前狀態(tài)最高電壓放電至9V的剩余放電時間?，F(xiàn)實生活中，如果蓄電池經過較長時間閑話置或使用，充滿電后的荷電狀態(tài)，即最高電壓將會發(fā)生衰減。

一、電池剩余放電時間預測的基本思想及步驟

假設不考慮活性物質的影響，假設極板厚度極板中心距相同，假設不受電解液溫度影響，假設額定容量一樣

1.電壓相同，以不同的電流強度放電，觀察放電時間呈現(xiàn)的規(guī)律。建立鉛酸電池剩余放電時間分析模型及蓄電池剩余容量的綜合分析模型。首先需要收集海量蓄電池歷史監(jiān)測數據，并用專用數學軟件如Matlab及Excel進行數據挖掘、整理、篩選。通過在線監(jiān)測設備實時獲取蓄電池電壓、電阻、電流溫度、質量等狀態(tài)數據，并將這些數據輸入模型計算。計算過程中，參考蓄電池其他相關信息來進行修正，以求計算結構不失真;在蓄電池組放電過程中，結合放電電壓及蓄電池預計健康狀況，進行擬合函數求解，可實時準確預測后備蓄電池在斷電情況下的供電能力以及剩余放電時間。

2.電流強度為55A時的放電曲線分析。建立以20A—100A之間任一恒定電流強度放電時的放電曲線的數學模型，用Excel擬合做出折線圖與函數表達式，用MRE評測出模型的精度，再用擬合出的函數表達式對電流強度為55A時的放電曲線進行分析。

3.預測樣本數據在電池衰減不同狀態(tài)下的剩余放電時間。做出樣本電池在狀態(tài)三的擬合函數圖像與表達式，用9.0時的放電剩余時間減去狀態(tài)三中最后一欄數字的放電時間。

二、實證分析

為了方便統(tǒng)計電池放電過程中的時間計算，假設放電過程無需考慮活性物質的影響、并且假設極板厚度中心距統(tǒng)一，不受電解液溫度影響。

1.放電曲線的平均相對誤差及放電呈現(xiàn)的規(guī)律。通過對數據預處理，分別繪制出鉛酸電池以不同電流放電時放電電壓與放電時間的散點圖，再擬合出相應的多個模型。通過模型分別計算出231個對應的預測放電時間，再通過公式，即MRE=分別計算出相應的平均相對誤差并得出下表，從中選取相對誤差最小的模型。

通過對比二階、三階與四階擬合函數所求值的誤差值，選取誤差較小的函數求得各放點曲線對應的平均相對誤差。

2.電流強度為55A時的放電曲線分析。根據附件一中電壓、電流與時間的關系，可得下列模型，即：

3.預測樣本數據在電池衰減不同狀態(tài)下的剩余放電時間。

以衰減狀態(tài)3為例，其他狀態(tài)類似公式可得，即y=-316.14×x2+5 524x-23 190，將x=9代入得y=918.66，Q=918.66-596.2=322.46，衰減狀態(tài)三的剩余放電時間為322.46。

結語

本文用Excel對數據進行整理篩選，將合理的數據用于計算;利用擬合二階三階四階選取誤差最小的函數進行計算，使其數值更加準確。但數據有限，與實際值可能有偏差。該方法可適應于各部門經濟發(fā)展的需要和國防建設的需要。

參考文獻：

[1]? 鮑世靜.鉛酸蓄電池剩余容量預測研究和工程應用[D].西安：西安電子科技大學，2011.

[2]? 吳敏.鉛酸蓄電池業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].電器工業(yè)，2007，（3）.

[責任編輯 陳 鶴]