監測畫面

如圖4-4 所示為本論文所擬發展之殘電量偵測系統之 VB 監測畫面之構想圖，

圖 4-5 所示，為本論文所擬發展之殘電量偵測系統之量測步驟與 VB 之程式流程 圖，本論文之實驗是以直流電子式負載進行定電流放電的實驗，以建立實驗數據 與驗證實驗結果。

圖4-4 殘電量偵測系統所發展之 VB 監測畫面

設定電子式負 載之各項參數

電池電壓

< 9.6V?

啟動電腦之 人機介面程式

開始

啟動電子式負 載進行放電

讀取電池電壓 與電流資料

計算殘餘容量 AH

儲存電壓、電 流、放電時間

關閉電子式負 載停止放電

程式自動停止 是

否

圖4-5 殘電量偵測系統之量測步驟與 VB 之程式流程圖 4.5 實驗結果

表4-1所示，為編號A之電池其初始容量8.2940AH，表4-2中可以看出，經由（4-1）

式所計算出來的加成效應電流實際值與（4-3）式所計算出來作比較，可看出當在 0.05C會有16.7314％之誤差，而在較大放電電流5C時也有-17.853％之誤差，經由

表4-1 編號 A 之電池於不同放電電流下之實驗結果 4.5 31.5 00:06:04 0.1011 3.1850 4 28 00:07:22 0.1228 3.4378 3.5 24.5 00:09:33 0.1592 3.8996 3 21 00:11:43 0.1953 4.1008 2.5 17.5 00:15:01 0.2503 4.3799 2 14 00:19:52 0.3311 4.6356 1.5 10.5 00:28:51 0.4808 5.0488 1 7 00:45:31 0.7586 5.3103

表4-2 編號 A 之電池不同電流下之加成效應電流誤差（％）

5.0 104.767 123.470 -17.853 -5.358 -12.739 104.762 0.00 4.5 82.029 94.216 -14.857 -3.414 -10.695 82.024 0.01 4.0 67.553 73.606 -8.960 -1.975 -6.036 67.546 0.01 3.5 52.109 58.156 -11.605 -0.967 -9.749 52.129 -0.04 3.0 42.473 45.652 -7.486 -0.319 -6.734 42.396 0.18

表4-3 編號 B 之電池於不同放電電流下之實驗結果

5.0 111.276 123.470 -10.958 -5.358 -6.144 104.762 0.90 4.5 87.167 94.216 -8.087 -3.414 -4.170 82.024 0.36

表4-5 編號 C 之電池於不同放電電流下之實驗結果 4.5 31.5 00:05:21 0.0892 2.8088 4 28 00:06:57 0.1158 3.2433 3.5 24.5 00:08:14 0.1372 3.3619 3 21 00:10:08 0.1689 3.5467 2.5 17.5 00:13:13 0.2203 3.8549 2 14 00:17:44 0.2956 4.1378 1.5 10.5 00:24:55 0.4153 4.3604 1 7 00:42:35 0.7097 4.9681 0.5 3.5 01:39:19 1.6553 5.7935 0.05 0.35 21:53:20 21.8889 7.6610

表4-6 編號 C 之電池不同電流下之加成效應電流誤差（％）

5.0 102.9704 123.47 -19.908 -5.3575 -14.7056 104.762 -1.74 4.5 85.91776 94.22 -9.6585 -3.4144 -5.6845 82.024 4.53 4.0 66.14003 73.61 -11.287 -1.9750 -8.3018 67.546 -2.13 3.5 55.83005 58.16 -4.1667 -0.9672 -2.4342 52.129 6.63 3.0 45.36142 45.65 -0.6416 -0.3192 0.0620 42.396 6.54 2.5 34.77531 34.88 -0.2886 0.0413 -0.4072 33.269 4.33 2.0 25.91678 25.33 2.2523 0.1861 1.5344 24.907 3.90 1.5 18.4479 16.99 7.9222 0.1873 6.9067 17.343 5.99 1.0 10.79436 9.98 7.5321 0.1171 6.4477 10.907 -1.04 0.5 4.628226 4.38 5.4518 0.0473 4.4304 4.533 2.07

表4-7 編號 A∼C 之電池於不同電流下之加成效應電流誤差（％）比較表

圖4-8 所示，為編號 C 之實際電池放電殘餘容量曲線圖，經由表六，將 不同 放電電流下實際加成效應電流，帶入（4-2）式可計算出電池 C 不同放電電流下實 際殘餘容量， 利用表六類神經網路估測的加成效應電流值，帶入（4-2）式可計算 出電池 C 在不同放電電流下之估測殘餘容量，從圖 4-8 可看出，由類神經網路所 估測出殘餘容量與實際計算出殘餘容量的誤差值非常小，因此本文利用類神經網 路估測之電池殘餘容量知方法其準確性相當高。

圖4-6 編號 A 電池殘餘容量曲線圖

圖4-7 編號 B 電池殘餘容量曲線圖

圖4-8 編號 C 電池殘餘容量曲線圖

第五章 類神經網路於變動負載放電之殘電量估測

由第四章實驗結果證實，利用類神經網路於定電流放電估測電池殘電量具有 相當高之準確性，但應用在變動負載時卻没有明確之驗証，所以本章節將依據文 獻[32]所提出電池殘量計算修正方法配合第四章所提出類神經網路估測電池殘餘 容量方法，進行在多種變動負載模式下之殘電量估測實驗，以驗證本論文所提出 的電池殘電量估測方法在實際使用上的可行性與準確性。

5.1 電池殘電量實驗規劃

本實驗將以充電電壓 14.5V、電流 0.7A（0.1C）對 YUASA NP7-12 之電池進行 充電，當充電電流降至 0.01A 始確認電池充電完成，再以變動電流模式對電池進 行放電，在放電實驗中之放電截止電壓設定為 9.6V，此放電截止電壓設定於第四 章已針對問題作敘述，因此本章節將不再討論，對於本實驗中所採用之 YUASA NP7-12 型號之電池而言，每顆電池之額定電壓為 12V，則其 80％之電壓截止電壓 為9.6V，累積之放電容量應為公稱之容量即為 7AH，但由前文所介紹之改良式庫 侖量測法原理得知，在不同的放電流下，電池會因製造過程或材料的差異使得電 池出廠時的容量有些微的不同，再加上電池隨著使用的循環數增加，會逐漸的老 化使電池的容量減少，因此若不考慮電池的初始容量，一律以公稱容量做為基準 來換算加成效應電流時，當電池的初始容量差異很大時，所計算出來的加成效應 電流想必會有相當程度的誤差，必須重新定義其公稱容量[31,33]，並由文獻[32]可 知加成電流法則在電池放電電流分段遞增時會有較大之誤差，因此須加入加成容

5.1.1 硬體電路架構及監測軟體簡介

本實驗之硬體電路架構同上節4.4 節所述並未做任何之改變，在監測軟體上利 用上節所介紹的加成效應電流方程式之電池殘量計算修正方法，將方程式及電池 的初始容量建入在VB 以提供即時的加成效應電流與電池的殘餘容量顯示。

5.2 實驗結果與分析

透過前文敘述得知，電池在變動負載狀態下，會因為初始容量不同及電池內 部的極板化學反應不及提供輸出之電能，進而造成放電容量將會低於預期所放電 容量，因此可知放電電流變化時電池容量就跟著變化，當電池處於變動電流放電 情況下其殘電量之估測更為因難，將會造成鉛酸電池殘電量估測產生較大之誤 差，然而本文期望透過所提出之方法，能使電池的殘電量偵測能夠更具有相當準 確性並有實際可行性，以下將分別以編號A、B、C、D 之電池進行放電電流於變 動負載下之放電實驗與驗證，如表5-1 所示，分為三種模式，並以庫倫法與改良式 庫倫法[31]加以探討並比較其對電池之殘餘容量的影響。

表 5-1 變動負載下之電池殘電量實驗

STEP 1 STEP 2 STEP 3 STEP 4

項目試驗 放電電流

(A)

放電電流 (A)

放電電流 (A)

放電電流 (A)

試驗一 11 17

mode 1

放電電流以兩段變動模式

試驗二 28 7

試驗三 7 14 20

試驗四 3 14 7

試驗五 23 17 11

mode 2

放電電流以三段變動模式

試驗六 25 12 19

試驗七

5 10 15 20

4 9 14 20

4 8 16 8

放電電流以四段變動模式

試驗十

5 12 15 10

5.2.1 電池殘電量計算修正程式

圖5-1 電池殘電計算修正流程圖

開始

• 計算相對加成電流放電時間(Tn) = C / In

• 計算加成電流放電時間差(Td) = T – Tn

• 計算修正加成容量 = Td * ( In – I )

• 由類神經網路計算電池加成電流( Iincrement )

• 累計電池放電時間( T )

Yes I = In 放電電流

是否改變 No 讀取放電電流( I )

電池電壓(V)

電池加成容量 = 累計電池加成容量 + 修正加成容量 累計目前定電流下之

電池加成容量 = Iincremen * T

結束 Yes No 電池放電電壓

<9.6V

以電池A(試驗一)為例，本論文所提出修正流程步驟如下所示（實際修正過程如圖 5-1）：

1. 將充飽電之電池進行放電模式，並紀錄電池端電壓、放電電流值、累計放電 時間，除了提供負載電流變動時判斷時機，亦可作為實驗後之分析

2. 將讀取到放電電流，經由類神經網路訓練計算其加成電流值，其中類神經網 路訓練計算流程如圖4-1 在此將不再加以敘述，以放電加成電流計算電池放電 加成容量，其中加成容量 = 加成電流 * 放電時間，並累計放電加成容量 3. 當放電電流改變時記錄當時之加成容量，及當時累計加成容量，並計算出變

動電流之加成電流（In）

4. 計算累計加容量相對加成電流放電時所需之時間（Tn）

5. 比較既有之放電時間（T）與相對放電時間（Tn），計算加成電流放電時間差

（Td）

6. 計算修正加成容量 = 加成電流放電時差 * 加成電流差 7. 電池加成容量 = 累計加成容量 + 修正加成容量

8. 在放電過程中，計算電池殘餘容量如（4-2）式所示，並檢查電池端電壓是否 低於定義值 9.6V，成立時，實驗結束。若不成立，則繼續進行放電電流判斷 流程。

5.2.2 放電電流以兩段模式變動

如表5-1 所示之 mode 1 所示，即負載電流以兩段模式變動，將分別對編號 A、

B、C 之電池進行（試驗一）、（試驗二）之放電實驗。可從圖 5-2 至 5-7 看出，由 類神經網路所估測出殘餘容量與實際殘餘容量的誤差值較其他兩種方法小，在（試 驗二）中，經由類神經網路所估測出放電容量與實際放電容量已相當接近，因此 對此試驗並未使用修正程式，在從表5-2 至表 5-4 之放電容量誤差表可得知，本文 提出之方法所估測出之放電容量與初始容量之間的誤差值在-10％~+2％範圍內其 中誤差（％）關係定義如（5-1）式所示，與利用庫倫法所預估之放電容量誤差值 +37.5％~+54％及改良式庫倫法所估測出之放電容量誤差值-11％~+15.5％比較，本 文所提出方法也有明顯的改善，進而初步驗證本文所提出之方法在不同放電電流 下利用類神經網路估測之電池殘餘容量方法其準確性相當高。

誤差（％）=【（實際初使容量-預估放電容量）÷實際初使容量】×100％ （5-1）

（試驗一）

圖5-2 編號 A 電池於（試驗一）之殘餘容量曲線圖

圖5-4 編號 C 電池於（試驗一）之殘餘容量曲線圖

（試驗二）

圖5-5 編號 A 電池於（試驗二）之殘餘容量曲線圖

圖5-6 編號 B 電池於（試驗二）之殘餘容量曲線圖

表5-2 電池 A 放電容量誤差表

5.2.3 放電電流以三段式變動

在實際情形下，若將本文所提出之方法應用於負載變動劇烈之設備上，需再 擬定各種不同負載之變動模式，以驗證本文所提出之殘電量估測法之可行性，因 此針對表5-1 之 mode 2 進行不同放電實驗及分析，即放電電流以三段式變動模式 對編號 A、B、C 電池作放電實驗。當負載放電電流分段遞增（試驗三），放電電 流第二段增加、第三段減少（試驗四），放電電流分段遞減（試驗五），放電電流 第二段減少、第三段增加（試驗六），圖5-8 至 5-19 分別為編號 A、B、C 三顆電 池在不同方法下估測出之殘餘容量曲線圖。

從圖5-8 至 5-19 中可了解，於（試驗四）放電電流第二段增加、（試驗五）放 電電流分段遞減，經由類神經網路所估測出放電容量與實際放電容量已相當接 近，因此對此試驗並未使用修正程式，於負載放電電流分段遞增（試驗三）及放 電電流第二段減少、第三段增加（試驗七）情況下庫倫法與改良式庫倫法皆無法 準確估測出因負載電流變動下電池之殘餘容量，而本文所提出之方法針對負載電 流於變動時，利用所提出之修正程式對電池進行殘電量計算修正，從表 5-5 至表 5-7 中可得知，本文提出之方法所估測出之放電容量與初始容量之間的誤差值在 -10.6％~+1％範圍內，與利用庫倫法所預估之放電容量誤差值+32.5％~+59.5％及加 成效應電流法所估測出之放電容量誤差值-8.5％~+17％比較，可得知本文所提出方 法有明顯的改善。

放電電流分段遞增（試驗三）

圖5-8 編號 A 電池於（試驗三）之殘餘容量曲線圖

圖5-8 編號 A 電池於（試驗三）之殘餘容量曲線圖