5.1 結論
本實驗針對 11.5Ah 之磷酸鋰鐵電池在不同 SOC、溫度及不同 C 的放電電流 下,探討放電時之各種動態效應,收集電壓、電量及放電動態數據,並量測不同 SOC 與溫度下之交流阻抗,建立一四原件等效電路模型,用以模擬本實驗之測 試樣品。
本研究建立兩隱藏層之雙輸入四輸出之及時參數鑑別類神經網路,將實驗中 獲得的動態結果,透過倒傳遞類神經網路,訓練神經元之權重,獲得即時電路元 件參數值。
透過雙步驟熱動態測試法,分別量取單電池不同 C 與溫度之熱容量及熱傳 導係數值,以作為即時建模之參數輸入。
結合上述熱動態模型、SOC 估測,以及類神經網路即時調變之四元件等效 電路,可即時模擬出,電池在變動負載電流下之溫度與 SOC 變化,以及實際電 壓與功率輸出,可作為未來電池研發人員在開發電池前之先期研究參考,以解省 大量人力物力與時間。
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5.2 未來工作與建議
綜合上述結論,提出下列幾點供後續研究發展之建議與參考:
1. 本研究利用類神經網路建立出 11.5Ah 具有熱效應之鋰電池模型,未來此模 型可由單電池模型發展至具熱效應之電池模組,作為電動車零組件業者在開 發電池模組之先期參考,以節省大量人力、物力與時間。
2. 未來將執行充電測試,執行不同的 C 與溫度,測量不同條件下之鋰電池動 態特性,並透過類神經網路進行及等效電路進行即時動態模擬及驗證。
3. 未來將以本模型與其他綠能動力源(如燃料電池、超級電容器)並聯,並以本 論文之同樣研究方法求取混合動力系統之即時等效電路模型,以供混合動力 系統開發業者,進行先期研究參考。
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參考文獻
[1] 經濟部能源局,油價資訊管理與分析系統。http://210.69.152.10/oil102/
[2] [Source: http://en.wikipedia.org/wiki/Rechargeable_battery]維基百科 [3] Pop V., Berveld H. J., Notten P. H. L. and Regtien P. P. L., 2005,
“State-of-the-art of battery state-of-charge determination,” Measurement science and Technology, Vol.16, p.p. 93-110.
[4] Barsoukov E., Macdonald J. R., 2005, Impedance Spectroscopy Theory, Experiment, and Application, Second Edition; John Wiley & Sons
[5] C. R. Pals and J. Newman,”Thermal Modeling of the Lithium Polymer Battery: 11. Temperature Profiles in a Cell Stack,” Journal of Electrochem.
Soc., vol.142, pp.3282, 1995.
[6] P. Suresh, A.K Shukla, N Munichandriah, 2002, “Temperature dependence studies of a.c. impedance of lithium-ion cells,” Journal of Applied Electrochemistry, Vol. 32, p.p. 267-273.
[7] A Simplified Version of the Federal Urban Driving Schedule for Electric Vehicle Buttery Testing. Electric & Hybrid Propulsion Battery Test Working Force, EG&G, Idaho, Inc., DOE/ID-10146, 1988.
[8] Stephan Buller, Marc Thele, Eckhard Karden, “Impedance-based non-linear dynamic battery modeling for automotive applications,” Journal of Power Sources, vol. 113, pp.422-430, 2003.
[9] M.D. Levi, K. Gamolsky, D. Aurbach, U. Heider, R. Oesten, On
“Electrochemical impedance measurements of LixCo0.2Ni0.8O2 and LixNiO2 intercalation electrodes,” Electrochim. Acta 45,pp.1781-1789, 2000.
63
[10] J. Vetter, P. Novak, M. Wanger, C. Veit, K.-C. Moller, J. Besenhard, M.
Winter, M. Wohlfafahrt-Mehrens, C. Volger, A. Hammouche,
“
Ageing mechanisms in lithium-ion batteries,” J. Power Sources, pp.269-281,vol.147,2005.[11] J. Li, E. Murphy, J. Winnick, P.A. Kohl, “Studies on the cycle life of commercial lithium ion batteries during rapid charge–discharge cycling ,”J.
Power Sources, vol.102 pp.294–301, 2001.
[12] G. Ning, B. Haran, B.N. Popov, “Capacity fade study of lithium-ion batteries cycled at high discharge rates,”J. Power Sources, vol.117 pp.160–
169, 2003.
[13] J. Gerschler, D.U. Sauer, EET-2007 European Ele-Drive Conference, Bruxelles, 2007.
[14] Electric Vehicle Battery Test Procedures Manual, United States Advanced Battery Consortium. July, 1994.
[15] P. A. Nelson, V. S. Battaglia, and G. L. Henriksen, “Thermal Control of Electric Vehicle Batteries”, The American Society of Mechanical Engineers, Vol. 3, pp.267-270, 1995.
[16] D. F. Gosden, “Battery Requirements for Electric Vehicles,” Journal of Power Sources, pp.45-61, 1993.
[17] G. G. Botte, V. R. Subramanian, and R. E. White, Journal of Electrochem.
Acta. 45, 2595 .Thermal Modeling, 2000.
[18] S. V. Patankar, Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, Hemisphere Publishing Corporation, New York 1980.
[19] D. Andre, M. Meiler, K. Steiner, Ch. Wimmer, T. Soczka-Guth, D.U. Sauer, 2011, “Characterization of high-power lithium-ion batteries by electrochemical impedance spectroscopy. I. Experimental inverstigation,”
64
Journal of Power Sources, vol. 196, pp. 5334-5341
[20] D. Andre, M. Meiler, K. Steiner, H. Walz, T. Soczka-Guth, D.U. Sauer, 2011,
“Characterization of high-power lithium-ion batteries by electrochemical impedance spectroscopy. I. Modelling,” Journal of Power Sources, vol. 196, pp. 5349-5356.
[21] J. Gomez, R. Nelson, E. E. Kalu, M. H. Weatherspoon, J. P. Zheng, 2011 Equivalent circuit model parameters of a high-power Li-ion battery:
Thermal and state of charge effects. Journal of Power Sources, Vol. 196, pp.
4826-4831.
[22] 張斐張、張麗秋,類神經網路,東華書局,民國 94 年 9 月。
[23] 鄭有良,類神經網路於鋪面評估之應用,國立成功大學土木研究所碩士 論文,民國 92 年 6 月。
[24] 阮成戰,磷酸鐵鋰電池充電狀態之交流阻抗動態模擬與分析,國立清華 大學動力機械工程學系碩士論文,民國 98 年 6 月。
[25] 孫永明,混成燃料電池車超級電容器動態分析與整車動力控制系統設計,
國立清華大學動力機械工程學系碩士論文,民國 97 年 6 月。