類神經網路應用於電動載具電池殘電量估測之研究 徐永佾、張舜長
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摘 要
近年來由於石油危機，電動載具已成為未來趨勢，並且鋰電池為未來電動載具電池首選，在電動載具中要能夠完整的管理 鋰電池就必須有準確的電池殘電量(State of Charge, SOC)。 在眾多二次電池中鋰離子電池是作為電動載具電池較為合適的
，而鋰離子電池中又為以磷酸鋰鐵電池更為合適，因其特性工作電壓高、循環壽命高、自放電率低與能量效命高等優點因 此本論文選用磷酸鋰鐵電池作為實驗對象，而鋰鐵電池會因溫度、充放電電流等外在因素影響電池容量，由此得知能夠準 確的預估電池殘電量是相當困難的，然而類神經網路的非線性、可變性、多輸入輸出與可容錯等特性使得類神經網路能夠 準確地預測電池殘電量，在實驗中利用充、放電測試主機在不同外在條件下取得電池充、放電資料，將電池溫度、放電電 流與電池端電壓作為類神經網路之輸入，電容量作為目標，在本研究中使用MATLAB程式內之類神經網路建立預估電池殘 電量之類神經網路。 最後利用LabVIEW圖控軟體設計一套電池電容量運算與電池特性監控程式，利用此程式結合實驗設 備使其能夠調控對電池放電之電流大小，再將放電資料儲存，利用此放電資料輸入至類神經網路電池殘電量估測模組中預 估電池殘電量後比較實際電容量與預估電容量誤差，而驗證顯示使用倒傳遞網路中的scg演算法擁有較高的精準度其實際殘 電量與預估殘電量平均誤差為7%。
關鍵詞 : 類神經網路、MATLAB、電池殘電量(State of Charge、SOC) 目錄
封面內頁 簽名頁 中文摘要...iii ABSTRACT...iv 誌謝...v 目錄...vi 圖目錄...ix 表目錄...xii 符號 說明...xiii 第一章 緒論...1 1.1前言...1 1.2文獻回顧...2 1.3研究動機...4 1.4研究步驟...5 第二章 二次電池特性與電容量檢測法...7 2.1二次電池...7 2.1.1鉛酸電池...7 2.1.2鎳鎘電池...8 2.1.3鎳氫電 池...8 2.1.4鋰電池...9 2.1.5二次電池比較...10 2.2 鋰離子電池種類...11 2.2.1 鋰鈷電池...11 2.2.2 鋰鎳 電池...12 2.2.3 鋰錳電池...12 2.2.4 鋰鐵電池...13 2.2.5鋰離子電池比較...13 2.3 鋰鐵電池原理與結 構...15 2.4 電池電容量檢測方法...16 2.4.1 開路電壓法...17 2.4.2 安培小時法...17 2.4.3 加載電壓
法...18 2.4.4 查表法...19 2.4.5 交流阻抗法...19 2.4.6 類神經網路法...20 第三章 應用於類神經網路之電池 殘電量模組...21 3.1 類神經網路...21 3.1.1 類神經網路各層功能...24 3.1.2 類神經網路運作...25 3.1.3 Elman類神經網路...27 3.1.4 廣義迴歸類神經網路...29 3.1.5 倒傳遞類神經網路...31 3.2 類神經網路訓練 法...32 3.2.1 具有動量的批次梯度下降函數...33 3.2.2 可變學習速率演算法...33 3.2.3 可變學習率動量梯度下 降演算法...34 3.2.4比例共軛梯度演算法...34 3.2.5 擬牛頓演算法...35 3.2.6 One Step Secant演算法...35 3.2.7 Leveberg-Marquardt演算法...36 第四章 殘電量估測系統實驗與驗證規劃...38 4.1製作殘電量模組之實驗平 台...38 4.2 電池殘電量估測驗證平台...43 4.3用於驗證之參數監控程式...49 第五章 實驗結果與分析...53 5.1 電池實際電容量...53 5.2 電池殘電量放電測試...55 5.3 殘電量估測模組...59 5.4 神經元決策...59 5.5 Elman類神經網路...61 5.5.1 Elman神經網路traingdm訓練函數...61 5.5.2 Elman神經網路traingda訓練函數...62 5.5.3 Elman神經網路traingdx訓練函數...63 5.7 倒傳遞類神經網路...67 5.7.1可變學習率動量梯度下降演算
法(traingdx)...68 5.7.5 Leveberg-Marquardt演算法(trainlm)...76 5.8 殘電量估測法驗證...78 第六章 結論與建 議...87 參考文獻...90
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