基于MATLAB 擬合工具箱的電池剩余放電時(shí)間預(yù)測(cè)模型

陳 溥 楊 貺

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545616）

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，汽車(chē)使用量的不斷增加，汽車(chē)啟動(dòng)電池的需求量不斷加大，鉛酸電池的市場(chǎng)需求量隨之劇增。國(guó)家加大通信基站建設(shè)的力度，通信電源方面的需求也將面臨新一輪的增長(zhǎng)，此外由于我國(guó)正大力發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)和風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，儲(chǔ)能用鉛酸電池也將有較強(qiáng)的市場(chǎng)需求，企業(yè)對(duì)鉛酸電池的開(kāi)發(fā)不斷加大[1]。在鉛酸電池以恒定電流強(qiáng)度放電過(guò)程中，電壓隨放電時(shí)間單調(diào)下降，直到額定的最低保護(hù)電壓，電池在當(dāng)前負(fù)荷下還能供電多長(zhǎng)時(shí)間，是一項(xiàng)非常重要的信息，可以指導(dǎo)使用人員或企業(yè)在即將斷電或停電前做好預(yù)防措施，減少因斷電帶來(lái)的麻煩和經(jīng)濟(jì)損失，因此對(duì)電池剩余放電時(shí)間的預(yù)測(cè)就變得極為重要。

2 模型的建立與求解

將采樣數(shù)據(jù)導(dǎo)入MATLAB[2-3]，在擬合工具箱中分別選用多項(xiàng)式、指數(shù)、高斯擬合得到各恒定電流（20A-100A）下的放電曲線擬合圖如圖1～9 所示。

圖1 20A 擬合圖

MATLAB 輸出的三種方法的各項(xiàng)評(píng)判指標(biāo)見(jiàn)下表1（這里以20A 為例）。

表1

綜合考慮各指標(biāo)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)（SSE、RMSE 越接近0 越好，R-square、AdjustedR-square 越接近1 越好），最終選擇了四階多項(xiàng)式擬合方法，得到各電流強(qiáng)度下的放電（電壓U和時(shí)間T）模型如下：

3 模型的檢驗(yàn)

根據(jù)下面的公式（ti為預(yù)測(cè)模型計(jì)算所得的放電時(shí)間，Ti為樣本放電時(shí)間）：

求得各恒定電流下預(yù)測(cè)模型的平均相對(duì)誤差如下表2所示。

表2

均在可接受范圍內(nèi)，表明擬合得到的預(yù)測(cè)模型精度較好，模型有效。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)預(yù)測(cè)模型，分別將電池當(dāng)前電壓和額定的最低保護(hù)電壓代入模型，即可計(jì)算出相應(yīng)的放電時(shí)間，兩個(gè)放電時(shí)間的差值即為當(dāng)前電壓下該電池的剩余放電時(shí)間。

圖2 30A 擬合圖

圖3 40A 擬合圖

圖4 50A 擬合圖

圖5 60A 擬合圖

圖6 70A 擬合圖

圖7 80A 擬合圖

圖8 90A 擬合圖

圖9 100A 擬合圖

在鉛酸電池的生產(chǎn)中，可以根據(jù)本文建立的剩余放電時(shí)間預(yù)測(cè)模型在電池中加入電壓報(bào)警裝置，當(dāng)電池剩余放電時(shí)間即將用完時(shí)可以通過(guò)發(fā)出警報(bào)提醒使用人員或企業(yè)做好預(yù)防措施，從而減少因斷電帶來(lái)的麻煩和經(jīng)濟(jì)損失。