鉛酸電池剩余放電時(shí)間預(yù)測(cè)

劉云++盧小瑞

摘要：本文擬通過對(duì)鉛酸電池放電情況出發(fā)，利用SPSS軟件和Matlab軟件，以及Excel軟件的強(qiáng)大計(jì)算功能，解決在不同電流強(qiáng)度下，電池的剩余放電時(shí)間的計(jì)算和預(yù)測(cè)問題。

關(guān)鍵詞：剩余放電時(shí)間；Matlab軟件；SPSS軟件；預(yù)測(cè)；數(shù)據(jù)篩選

前言

本題的主要問題是鉛酸電池的放電的具體情況，鉛酸電池以恒定電流放電時(shí)，電壓隨著放電時(shí)間單調(diào)下降，直到最低的保護(hù)電壓9V，而影響放電的因素有電池設(shè)計(jì)（電池的電容量）、電池的制作水平和生產(chǎn)工藝和使用的原材料、放電條件（包括放電電流，放電方式，終止電壓，放電溫度）、電池內(nèi)阻、充電條件等。

一、模型的假設(shè)

1. 假設(shè)電池設(shè)計(jì)（電池的電容量）都是一樣的；

2.假設(shè)電池的制作水平和生產(chǎn)工藝和使用的原材料都是相同的；

3.假設(shè)放電條件（包括放電方式，放電溫度）相同；

4. 假設(shè)電池內(nèi)阻都相同；

5.假設(shè)充電條件是一樣的；

6. 假設(shè)放電時(shí)間不受溫度的影響；

7、符號(hào)定義及說明

符 號(hào) 含 義 單 位

I 電流強(qiáng)度 A

U 電壓 V

t 時(shí)間 min

zt 時(shí)間變量 min

xa 電流變量 A

yu 電壓變量 V

二、模型的建立與求解

根據(jù)實(shí)際情況，由于每個(gè)電池放電時(shí)的恒定電流強(qiáng)度不同，因此放電時(shí)間和放電速度會(huì)不同，但從附件1中的數(shù)據(jù)可以看出，在不同的恒定電流強(qiáng)度下電壓隨著時(shí)間的變化而單調(diào)下降，當(dāng)且僅當(dāng)五種假設(shè)都成立的時(shí)候，不同強(qiáng)度電流放電時(shí)電壓和放電時(shí)間成相關(guān)關(guān)系。

1、問題1的解決（附件一）

根據(jù)附件1，在不同的恒定電流下電壓隨放電時(shí)間而單調(diào)下降，要用初等函數(shù)表

示各放電曲線，利用SPSS軟件對(duì)不同恒定電流下的時(shí)間和電壓的變化進(jìn)行作圖，先要在SPSS軟件中導(dǎo)入附件一中的數(shù)據(jù)，通過軟件執(zhí)行。作出部分電流強(qiáng)度下的圖象（因文章篇幅有限只作部分圖像）：

2、問題2的解決（附件二）

由題目和附件1中的數(shù)據(jù)，利用matlab軟件作出放電時(shí)間關(guān)于電流和電壓的三維圖.

利用matlab軟件作出電壓關(guān)于時(shí)間和電流的方程，帶入55A及放電時(shí)間的值，求出相對(duì)應(yīng)的電壓值。

問題3的解決（附件三）

根據(jù)題目中所給附件2中的數(shù)據(jù)，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，剔除掉無效數(shù)據(jù)，再利用excle做出新電池狀態(tài)、衰減狀態(tài)1、衰減狀態(tài)2、衰減狀態(tài)3下隨電壓的減小放電時(shí)間的變化并利用excle繪制出圖形，其中，在衰減狀態(tài)3下，利用添加趨勢(shì)線的功能，擬合出一條曲線對(duì)該曲線做出預(yù)測(cè)，由所求表達(dá)式對(duì)電池在衰減狀態(tài)3下預(yù)測(cè)剩余放電時(shí)間。

三、模型的評(píng)價(jià)與推廣

1、模型優(yōu)點(diǎn)

（1）鉛酸電池以恒定電流的放電過程中，電壓何時(shí)到達(dá)最低保護(hù)電壓，所以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電池的剩余電量和剩余放電時(shí)間是無比的重要。利用matlab軟件進(jìn)行評(píng)估，對(duì)鉛酸電池的放電具體情況進(jìn)行深入研究，才能合理而有效地利用鉛酸電池。

2、模型缺點(diǎn)

（1）SPSS軟件不能夠解決問題2，建立三維圖像。

（2）spss相對(duì)matlab而言，處理的數(shù)據(jù)相對(duì)較少。

3、模型推廣

利用Matlab軟件建立的模型可以推廣到對(duì)其他高科技或新型產(chǎn)品使用狀況的預(yù)測(cè)，還可以推廣到對(duì)天氣狀況及環(huán)境狀況等預(yù)報(bào)方法的評(píng)價(jià)。

參考文獻(xiàn)

[1]韓中庚.數(shù)學(xué)建模方法及其應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]曹衛(wèi)華，郭正.，最優(yōu)化技術(shù)方法及MATLAB的實(shí)現(xiàn)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[3]阮沈勇.MATLAB程序設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.