閥控式密封鉛酸電池具有體積小、比能量大、無污染、大電流放電能力強(qiáng)、性價(jià)關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電池壽命的預(yù)測1緒論 1.1研究背景和意義 1.2鉛酸蓄電池壽命預(yù)測國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2.鉛酸蓄電池浮充衰減機(jī)理的研究 2.1浮充壽命衰減機(jī)理分析 2.2浮充壽命影響因素分析 2.3浮充壽命衰減機(jī)制構(gòu)建 2.4鉛酸蓄電池衰減特性的仿真研究 2.5小結(jié) 3鉛酸蓄電池高溫浮充耐久性試驗(yàn)研究 3.2高溫加速浮充耐久性試驗(yàn)設(shè)計(jì) 3.4小結(jié) 4鉛酸蓄電池的壽命預(yù)測研究 4.1Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)壽命預(yù)測模型的構(gòu)建 4.2Nar神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型的構(gòu)建 4.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)壽命預(yù)測模型的仿真驗(yàn)證 22- 1.1研究背景和意義鉛酸電池是法國工廠創(chuàng)制并生產(chǎn)的。1860年給法國科學(xué)院收到了當(dāng)?shù)厝似绽士艘粋€(gè)樣品，電池是實(shí)驗(yàn)室里的新電池，13年后在1873年出現(xiàn)了直流發(fā)電機(jī)，鉛酸蓄電池逐漸轉(zhuǎn)向?qū)嵱谩?881年，法國人傅兒在鉛帶上涂上鉛化合物，活性物質(zhì)立即形成。英國斯羅恩(sellown)發(fā)明了鉛銻合金板光柵。這種板柵采用全涂層方法粘結(jié)，出現(xiàn)所謂的粘貼式板(付啟航，張羽和，2022)。這在某種程度上傳達(dá)該生產(chǎn)方法簡單、可行、生產(chǎn)方便。自1910年以來，鉛酸蓄電池的生產(chǎn)得到了兩大推進(jìn)。一種用于啟動(dòng)、點(diǎn)亮和點(diǎn)燃電池。其次，電話行業(yè)采用鉛酸蓄電池作為備用電源，鉛酸蓄電池是一種多年來安全可靠使用的電池。其已廣泛應(yīng)用于交通行業(yè)、生產(chǎn)制造業(yè)、遠(yuǎn)程通訊行業(yè)等等大多朝，2021)。在當(dāng)今電池主要由鋰電池和鉛酸電池的行業(yè)背景下，鉛酸電池較鋰電池有很多優(yōu)點(diǎn)，鋰電池在低溫環(huán)境下的電池性能會(huì)急劇衰減，這在某種程度上反映低溫會(huì)造成電池的永久損壞，而在高溫環(huán)境下(尤其是高于55℃后)的電池衰退會(huì)非?？欤踔?xí)?，但鉛酸蓄電池?fù)碛泻軐挼氖褂脺囟葞?，可以?50℃到100℃的溫度范圍內(nèi)可靠地使用，且本體不會(huì)發(fā)生爆炸，安全系數(shù)高(成悅彤，付澤昂，2021)。盡管本文尚未充分挖掘這部分的研究結(jié)論，但現(xiàn)有的研究成果已經(jīng)顯示出一定的指導(dǎo)價(jià)值。鉛酸蓄電池較鋰電池而言也有缺點(diǎn)，鉛酸蓄電池的能量密度目前成品遠(yuǎn)低于鋰電池和其自身的理論能量密度，又因其能量密度較低，為提高電池容量不得不將電池的體積加大，故鉛酸蓄電池較鋰電池而言體積將大得多，同時(shí)，鉛酸蓄電池又因材料便量低，99%的活性物質(zhì)不參與充放電反應(yīng)。當(dāng)代科研難題日益復(fù)雜多變，僅憑單一學(xué)科的知識(shí)手段難以透徹洞悉并妥善處置。跨領(lǐng)域合作不僅能集結(jié)多元領(lǐng)域的專業(yè)智慧與技術(shù)資源，還促進(jìn)了新思維、新理論與新方法的孕育與發(fā)展。鉛酸蓄電池只有在短時(shí)交流停電時(shí)才需大量活性物質(zhì)參與大電流放電，但這種作為備用電源應(yīng)急供電的情況極少，甚至全壽命周期也難得一遇。因此，浮補(bǔ)充時(shí)長即為鉛酸蓄電可稱之為浮充壽命。鉛酸蓄電池壽命衰減的內(nèi)因包括正極P?O?軟化脫落、負(fù)極硫酸鹽化、電解液濃度升高乃至干涸、板柵和匯流排腐蝕、AGM隔板彈性疲勞、反應(yīng)熱失控等(曹新羽，黃琪睿，2022)。鉛酸蓄電池壽命衰減的外在表征包括內(nèi)阻增大，依據(jù)前面提到的觀點(diǎn)開路電壓減小，極柱溫升異常，容量保持率降低，浮充電壓低，均充時(shí)長長、不一致性加劇等(張白及潛在的研究方向，為本文的研究規(guī)劃和執(zhí)行打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。鉛酸蓄電池浮充電壓過高會(huì)加速正極板柵材料因過電化學(xué)反應(yīng)而腐蝕；負(fù)極自放電和過度充電使析氫過多、導(dǎo)致負(fù)極極板硫酸鹽化；過低的安全閥開啟電壓和過度的正極板柵腐蝕均會(huì)引起過度失水、硫酸電解液濃度增大；AGM隔膜彈性疲勞導(dǎo)致內(nèi)下面選取三個(gè)主要衰減因素詳細(xì)分析其機(jī)理(1)正極材料軟化脫落，負(fù)極正離子減少依照當(dāng)前報(bào)廢的蓄電池的解剖情況分析，影響到蓄電池使用壽命的重要原因之一是極板的硫酸化問題(陳小林，楊詩慧，2021)。所謂的極板硫酸化，重點(diǎn)是指的蓄電池負(fù)極板的硫酸化，重點(diǎn)表現(xiàn)在蓄電池早期容量衰竭上。一旦出現(xiàn)此類問題，勢必會(huì)在極板上產(chǎn)生硫酸鉛，硫酸鉛屬于一種絕緣體，可以直接的影響到蓄電池的充放電性能，處在當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)背景下比如電解液和極板上的物質(zhì)出現(xiàn)了明顯的化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致有效物質(zhì)的實(shí)際作用量明顯減少，充電過程中的通過引入新的研究維度、運(yùn)用先進(jìn)的統(tǒng)計(jì)方法及打造個(gè)性化的研究架構(gòu)，本文得以更深刻地揭示數(shù)據(jù)背后的原理和聯(lián)系，從而獲得了更為準(zhǔn)確和詳盡的研究結(jié)論。放電的過程中，內(nèi)阻不斷的增大，電壓也呈現(xiàn)出明顯下降的趨勢。最終，陰極上的硫酸鹽不斷地增多，蓄電池承受的內(nèi)阻力越來越大，電池的充放電性能受到影響。熱失控是指充電電流和電池溫度具有累積的相互作用，鉛蓄電池以恒定電壓充電時(shí)逐漸損壞電池的現(xiàn)象(成家福，周佳雯，2021)。鑒于目前形勢熱失控產(chǎn)生的直接結(jié)果是蓄電池電池殼膨脹、泄露、電池容量降低、最終導(dǎo)致電池故障的極端情況下，如果電流過高溫度過高，電池極、殼和其內(nèi)部結(jié)構(gòu)就會(huì)受損。通過跨領(lǐng)域的溝通與協(xié)作，本文成功整合了各領(lǐng)域的知識(shí)與技術(shù)資源，共同應(yīng)對(duì)科學(xué)挑戰(zhàn)，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)步與(3)材料的腐蝕與疲勞鉛蓄電池的主要故障模式之一是正活性材料與正活性材料與網(wǎng)格柵之間的結(jié)合力損失。在放電過程中，PbO2還原到PbSO4。PbSO4的形態(tài)和晶體結(jié)構(gòu)與PbO2的形態(tài)間，PbO?沉淀吸附在PbSO?上，這對(duì)正活性材料的形式產(chǎn)生很大的變化。這一點(diǎn)透露出據(jù)推測，PbO2顆粒之間的結(jié)合結(jié)構(gòu)會(huì)變得更精細(xì)，最終導(dǎo)致顆粒之間的結(jié)合力損失進(jìn)而逐步消失。影響鉛酸蓄電池浮充壽命的本體內(nèi)因指與設(shè)計(jì)制造有關(guān)的、應(yīng)用階段不可控的因素，主要包括正極(半導(dǎo)體PbO?)和負(fù)極(金屬Pb)的量比重和活性，H?SO?水電解液的濃度，AGM隔板的孔徑和裝配壓力，槽蓋的抗擊、抗熱、抗腐蝕及密封性，安全閥性能，極柱的電連接性能(譚天琪、黃博文、成沛誠，這在某種程度上闡明了影響鉛酸蓄電池浮充壽命的工況外因指與環(huán)境和電應(yīng)力作用模式有關(guān)的可控因素，主要包括工作環(huán)境、浮充電壓及時(shí)長、均充次數(shù)、核容頻次等，也覆蓋不可控的應(yīng)急放充電壓、電流、放電率、放電深度等因素(付穎慧，成瑾瑤，陳羽翔，2022)。還需考慮外部環(huán)境因素的干擾，以保證研究過程的可控性和可重復(fù)性，為結(jié)論的廣泛認(rèn)可提供可靠基礎(chǔ)。浮充、均充和放充的均衡控制可將鉛酸蓄電池的工作電壓或SOC維持在合適的范圍以延緩正負(fù)極活性退化、電解液濃度升高和內(nèi)阻增大，一定程度起到在線養(yǎng)護(hù)和延壽的作用。因此，均衡與否，均衡拓?fù)浼安呗砸矔?huì)影響浮充壽命。質(zhì)量、壽命等(陳昊忠，趙婉倩，2020)。整組壽命取決于容量最低單體的壽命。在測試2-1所示。安全閥電解液過高圖2-1鉛酸蓄電池的壽命衰減機(jī)制2.4鉛酸蓄電池衰減特性的仿真研究此章節(jié)使用COMSOL軟件進(jìn)行鉛酸蓄電池的仿真工作，并由仿真結(jié)果和其相關(guān)的物化現(xiàn)象機(jī)理得出鉛酸蓄電池的浮充衰減機(jī)理(成昊羽，許雅倩，2017)。這在某些方面表現(xiàn)出了構(gòu)建鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)時(shí)，本文設(shè)定參數(shù)為橫向?qū)挾龋龢O、貯槽、隔膜和負(fù)極分別是0.7mm,1.76mm,0.06mm和0.75mm,設(shè)置參數(shù)畢，在幾何體裝配界面形成聯(lián)合體。關(guān)于聯(lián)合體各部分中材料的選定，如表2-3所示正極二氧化鉛硫酸溶液電解質(zhì)隔膜硫酸溶液電解質(zhì)負(fù)極鉛材料選定，對(duì)正負(fù)電極分別選用正多孔電極和負(fù)多孔電極，同時(shí)負(fù)多孔電極接地，最后選中全局構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)(高曉茜，鄭佳琪，2021)。通過對(duì)不同來源和類型的信息進(jìn)行廣泛測試，本文進(jìn)一步驗(yàn)證了本方案的穩(wěn)定性和可靠性。得出仿真結(jié)果結(jié)果瞬態(tài)求解器1圖2-3反映了模型的收斂性，對(duì)于圖2-3中的變量，隨著時(shí)間步增大，時(shí)間步長也會(huì)自定增加，步長倒數(shù)自然減小，收斂曲線是呈下降趨勢的。通過觀察收斂曲線可以判斷模型的收斂性好壞(馮思遠(yuǎn)，蔣雅靜，2021)。為了提升其廣泛使用的可能性，在設(shè)計(jì)階段充分考慮了不同場景下的適應(yīng)性，確保該方案在不同的環(huán)境中可以穩(wěn)定運(yùn)行，并易于其他組織或個(gè)人參考實(shí)施。這在某種程度上映射圖2-2曲線表明模型數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，尤其是在10-25的步長內(nèi)誤差可以忽略不計(jì)。圖2-3反映了鉛酸蓄電池模型的邊界電位隨實(shí)驗(yàn)時(shí)間的變化而增大的結(jié)果，且隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間越長，這在一定角度上表達(dá)了邊界電位的升高速率越大，而在初始的800s內(nèi)，邊界電位的變化很小，只有不到0.1V(趙向和，鄧慧雅，2021)。為了進(jìn)一步測試方案在不同條件下的適用性，本文還選取了幾種典型的應(yīng)用案例，并針對(duì)每個(gè)案例調(diào)整系統(tǒng)配置，不僅驗(yàn)證了方案的合理性和可行性，也為后續(xù)的研究提供了重要的參考材料。邊界電位的變化也說明了鉛酸蓄電池的電池對(duì)地電位隨持續(xù)放電而升高，這會(huì)導(dǎo)致電池過熱和化學(xué)反應(yīng)受溫度影響而加快從而使電池壽命降低，進(jìn)而影響電池的安全性。邊界電位這里結(jié)合正負(fù)電極反應(yīng)來說明邊界電位等變化對(duì)電池產(chǎn)生的影響，鉛酸蓄電池正極反應(yīng)：PbO?+4H++SO?2-+2e=PbSO4+2H?O負(fù)極反應(yīng)：Pb+SO?2-2e=PbSO?電池的總反應(yīng)：PbO?+Pb+2H?SO?=2PbSO?+2H?O上述反應(yīng)表明，硫酸在鉛酸蓄電池中不僅起到傳導(dǎo)電流的作用，同時(shí)也參加電池的電化學(xué)反應(yīng)，所以硫酸也是反應(yīng)物，隨著放電的進(jìn)行，在這等條件下硫酸反應(yīng)不斷生成水，這導(dǎo)致鉛酸蓄電池中的電解液濃度降低。而在充電過程中，電池反應(yīng)了所有可能影響執(zhí)行效果的外部因素，然后在設(shè)計(jì)階段應(yīng)用了環(huán)境敏感性分析的方法，通過模擬不同的外部情景來評(píng)估其對(duì)結(jié)果的影響，并據(jù)此調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，以增強(qiáng)其適應(yīng)性和穩(wěn)固性，確保方案能夠及時(shí)響應(yīng)外界變化，保持其有效性和相關(guān)性。表面：電解質(zhì)鹽濃度表面：電解質(zhì)鹽濃度(mol/m3)210時(shí)間=1300s5圖2-5(b)COMSOL仿真放電后電解質(zhì)鹽濃度分布圖像圖2-5(a)和圖2-5(b)是鉛酸蓄電池放電前后電解質(zhì)的鹽濃度分布情況，可大量硫酸鉛沉淀，在這種設(shè)定里同時(shí)電池反應(yīng)不斷產(chǎn)生硫酸文提供了新的研究視角與啟發(fā)，有助于推動(dòng)該領(lǐng)域理論與實(shí)踐的結(jié)合，通過解決現(xiàn)實(shí)問題驗(yàn)證了理論的有效性計(jì)制造有關(guān)的、應(yīng)用階段不可控因素結(jié)合工況因素進(jìn)行了浮充壽命的衰減機(jī)理和影響因素都是各種物理化學(xué)過程的共同作用所得到的結(jié)最后通過COMSOL軟件對(duì)鉛酸蓄電池模型進(jìn)行了仿真，根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)一步證3鉛酸蓄電池高溫浮充耐久性試驗(yàn)研究驗(yàn)活化能(溫度小幅波動(dòng)時(shí)，可視為與溫度無關(guān)的常數(shù)),J●mol-1;Z為頻率因子，僅與反應(yīng)本性相關(guān)，與K具有相同的量綱；R為理想氣體常數(shù)，恒為比，即KL為常數(shù)。通過與同類研究的對(duì)比，文章驗(yàn)證了結(jié)論的廣泛性和創(chuàng)新性。在與已有文獻(xiàn)的結(jié)論進(jìn)行對(duì)比后，本文不僅印證了部分已有理論，還提出了新的看L(Tc),約為10~12年。變電站正常工況溫度20℃~22℃,從這些措施中看出以確保驗(yàn)溫度25℃~60℃。研究表明，溫度T(=Tc+△T)從25°開始升高時(shí)Ea/R在60°則60°以下高溫T加速浮充時(shí)鉛酸蓄電池的歸一化壽命L(T)/L(Tc)為：從公式2.3可推演出這一結(jié)論：環(huán)境溫度升高10℃,鉛酸蓄電池浮充壽命將減少一半高溫加速浮充耐久性試驗(yàn)設(shè)計(jì)的核心在于確定浮充溫度T和浮充周期C(T)。首先，這在某種程度上傳達(dá)需要根據(jù)浮充壽命檢測周期的客觀需求，設(shè)計(jì)不小于3025℃的浮充周期取365天，主要考慮變電站工況下的核對(duì)性容量性能試驗(yàn)的頻次規(guī)定 (6年內(nèi)每2~3年/6年后每年一次)。容不能過于頻繁。高溫浮充周期不小于30天，是因?yàn)樽罡?0℃溫度應(yīng)力浮充30天的壽命耗損效果與25℃溫度應(yīng)力浮充365天的壽命耗損效果相當(dāng)(孫文昊，周慧妍，2022)?？傻贸龈鶕?jù)浮充周期和浮充溫度的實(shí)驗(yàn)方案如表3-1和3-2所示：某方面表明除了對(duì)浮充周期和浮充溫度的考量外，性能檢測的過程，增項(xiàng)檢測端電壓、開路端電壓、內(nèi)阻、析等，進(jìn)行其它超越GB/T19638.1-2014規(guī)定的高溫加速浮充耐久性試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)確保研究框架構(gòu)建得合理可靠。數(shù)據(jù)收集環(huán)節(jié)采用多種被理論高溫加速浮充耐久性試驗(yàn)以浮充周期為單位(從老化效果看，一個(gè)高溫浮充周期近似等同25℃浮充一年)進(jìn)行檢測。依托前期成果可以推導(dǎo)出浮充溫度和浮充周期浮充結(jié)束后的容量性能測試在室溫25℃下進(jìn)行，對(duì)完全充電的鉛酸蓄電池(額定2V)按3小時(shí)率放電至1.7V,放電容量兩次低于0.8C3進(jìn)行結(jié)束浮充、且不累計(jì)本試驗(yàn)以假定失效機(jī)理不變?yōu)榍疤?，具體步驟如下(成凱旋，付雨倩，2019):(1)對(duì)容量試驗(yàn)達(dá)到額定容量的鉛酸蓄電池進(jìn)行完全充電；(2)T℃±2℃環(huán)境中以恒定浮充電壓Uno(V)連續(xù)充電一個(gè)周期(p天);(3)浮充狀態(tài)下冷卻鉛酸蓄電池至25℃±2℃,然后用3小時(shí)率容量放電試驗(yàn)測算其放電容量Ca(25℃),整個(gè)冷卻及放電過程應(yīng)在24h±12h以內(nèi)完成；(4)若Ca不低于0.8C?,經(jīng)完全充電后重復(fù)(2)和(3),累增浮充周期；當(dāng)Ca低于0.8C?時(shí)，則再進(jìn)行一次3小時(shí)率容量放電驗(yàn)證試驗(yàn)，若Ca不低于0.8C?,則經(jīng)完全充電后重復(fù)(2)~(5);若Ca仍低于0.8C?,這在某種程度上印證了浮充耐久試驗(yàn)終止，此周期不計(jì)入浮充周期總數(shù)(許昊忠，吳泰寧，2020)。借助統(tǒng)計(jì)軟件的量化分析，本文能夠有效地核查原理論架構(gòu)的各項(xiàng)預(yù)設(shè)，揭示其潛在缺陷。未來研究將探索納入更多變量或擴(kuò)大樣本規(guī)模，以期增強(qiáng)理論架構(gòu)的解釋效力與預(yù)測精準(zhǔn)度。高溫加速浮充耐久性試驗(yàn)選擇了四個(gè)電壓檔位進(jìn)行試驗(yàn)，分別是2.15V、2.2V、2.25V和2.3V,得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3-1到圖3-4縱縱軸一電池容量以上就是在四個(gè)電壓檔位下測試的鉛酸蓄電池容量隨循環(huán)次數(shù)變化的曲線，可以看出，圖3-1到3-4中所有蓄電池在前兩次浮充循環(huán)中容量均增加，這實(shí)際上是活化過程導(dǎo)致的結(jié)果，后容量均呈現(xiàn)下降態(tài)勢，由此可以推斷其區(qū)別在于下降的速率，其中2.15V、2.3V檔位的蓄電池容量明顯下降更為迅速，這說明浮充電壓的選擇過低過高(高向陽，郭雨彤，2022)。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的仔細(xì)分析與處理，本文能夠有力地支持研究假設(shè)，并發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律性與潛在規(guī)律。從圖中可以了解到蓄電池循環(huán)浮充九年后(即連續(xù)俯沖九次后)的電池容量仍于180Ah,此現(xiàn)象滿足了浮充實(shí)驗(yàn)的要求，然而在之后電池容量出現(xiàn)了急劇的劣本章首先從鉛酸蓄電池在一定溫度下運(yùn)行所符合的阿倫尼烏斯經(jīng)驗(yàn)公式出發(fā)，通過參數(shù)賦值和整理得到了60攝氏度以下的鉛酸蓄電池歸一化壽命，并得出了“環(huán)境溫度每升高10攝氏度，從前文總結(jié)來看鉛酸蓄電池浮充壽命將減少一半”的推論。這不僅增強(qiáng)了模型在實(shí)際應(yīng)用中的效用，也向后來的研究者提供了一個(gè)開放的系統(tǒng)，鼓勵(lì)他們基于此進(jìn)行再創(chuàng)造和發(fā)展。依據(jù)此結(jié)論，在假定在恒定溫度下失效機(jī)理不變的前提下進(jìn)行了高溫加速浮充耐久性試驗(yàn)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中加入了四個(gè)電壓檔位，令電池在四個(gè)電壓下進(jìn)行浮充比較，結(jié)果更能說明浮充電壓對(duì)電池壽命的影響。最后，得到的試驗(yàn)結(jié)果畫出折線圖，得到鉛酸蓄電池浮充次數(shù)和其電池容量的關(guān)系并分析了其容量隨次數(shù)的變化趨勢原因，基于前述分析得出同時(shí)發(fā)現(xiàn)電池浮充過程后期會(huì)出現(xiàn)容量急劇劣化的現(xiàn)象。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以分為靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩種，其中靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是沒有反饋的，而動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則是將局部或全局的這一時(shí)刻的反饋用作到下一時(shí)刻的計(jì)算，使得信息更加完整，構(gòu)建的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變?yōu)閯?dòng)態(tài)。由于時(shí)間因素的限制，本文不打算對(duì)前面提到的結(jié)論進(jìn)行詳細(xì)驗(yàn)證?？茖W(xué)研究往往是一個(gè)需要長時(shí)間投入的過程，特別是在探索復(fù)雜問題或新開辟的領(lǐng)域時(shí)，需要充分的時(shí)間來觀察現(xiàn)象、分析數(shù)據(jù)并得出可靠的結(jié)論。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在多重因素作用下其特征在于：無反饋、無記憶性、僅根據(jù)網(wǎng)絡(luò)誤差自動(dòng)調(diào)整權(quán)重、電流輸入等輸出(鄧雅倩，朱向陽，2021)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于一種多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)訓(xùn)練中的權(quán)重系數(shù)按前向?qū)禹樞蜻M(jìn)行，根據(jù)誤差反向傳播算法動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重系數(shù)和偏移量。在結(jié)構(gòu)上，Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由輸入層、輸出層和隱藏層組成的，Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法采用梯度降落法，面臨當(dāng)前狀況通過降低網(wǎng)絡(luò)的平方誤差之和并以之為目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的最小值。Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種被廣泛使用(蔣君萱，陳羽彤，2022)。動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最常見的就是NAR神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)較靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別在于前者可將上一時(shí)刻的值推進(jìn)到下一時(shí)刻進(jìn)行時(shí)序處理，且擁有后者所沒有的即時(shí)反饋功能。b1211由圖4-1可看出本章構(gòu)建的Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由輸入層、輸出層和隱藏層組成。本文中輸入是鉛酸蓄電池的浮充次數(shù)，輸出則是鉛酸蓄電池的容量(陳博文，鄭依倩，2021)。針對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，確定輸入和輸出后，下一步的要求是設(shè)計(jì)優(yōu)化隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)和隱含層數(shù)。這些研究還揭示了一些潛在的趨勢和模式，能為理論框架的發(fā)展提供實(shí)證支撐，并引發(fā)更多的學(xué)術(shù)討論與辯論。由于通常僅考慮一個(gè)隱藏層的網(wǎng)絡(luò)，所以只要一個(gè)隱藏層有足夠的隱藏層節(jié)點(diǎn)，它就可以適合任何輸入/輸出映射問題，然后通過增加隱藏層的數(shù)量，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過增加實(shí)際訓(xùn)練中的隱藏層數(shù)，這反映了真實(shí)情況很難提高預(yù)測精度。在Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，選擇隱藏層節(jié)點(diǎn)的數(shù)量非常重要。節(jié)點(diǎn)數(shù)目不僅影響神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的性能，而且還引起直接網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練中的過度擬合現(xiàn)象(周嘉銘，付藝銘，2021)。該理論框架為整個(gè)研究提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，而研究結(jié)論與之的一致性不僅彰顯了研究方法的嚴(yán)謹(jǐn)性，也證明了研究假設(shè)在實(shí)際分析中的適用性。原理推斷和實(shí)際操作兩方面都表明，如果神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱藏層節(jié)點(diǎn)過少，那么會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)模型的思維運(yùn)用能力和數(shù)據(jù)統(tǒng)籌處理能力變得非常差，基本無法達(dá)到預(yù)期的訓(xùn)練精度(崔曉彤，周濤天，2021)。另一方面，在網(wǎng)絡(luò)隱藏層節(jié)點(diǎn)過多的情況下，在訓(xùn)練中容易造成網(wǎng)絡(luò)陷入局部極值，不僅使網(wǎng)絡(luò)的一般化能力降低而且會(huì)大大增加網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性(尤其對(duì)于硬件實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)來說是重要的)。同時(shí)，這在某種程度上顯現(xiàn)出由于網(wǎng)絡(luò)中的參數(shù)過多，模型的學(xué)習(xí)速度非常慢。就目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的發(fā)展，其中隱藏層節(jié)點(diǎn)數(shù)得選擇尚沒有準(zhǔn)確的公式定義，但是根據(jù)理論和實(shí)踐得推導(dǎo)所得出的經(jīng)驗(yàn)公式，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱藏層節(jié)點(diǎn)數(shù)一般可由4.1110之間的常數(shù)。在構(gòu)建本模型時(shí)選用隱藏層節(jié)點(diǎn)數(shù)為2。在進(jìn)行類似研究時(shí)，應(yīng)依據(jù)具體問題和研究對(duì)象挑選最適合的方法和技術(shù)手段，以保證研究過程的嚴(yán)格性和結(jié)論的可信度。Bp網(wǎng)絡(luò)除輸出層每層網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重和偏移量用w和b表示，在這種理論框架的基礎(chǔ)上探討可得出設(shè)網(wǎng)絡(luò)中第a層有t個(gè)神經(jīng)元，則第a+1層第y個(gè)神經(jīng)元的輸出如式中q+1表示第a+1層第k個(gè)神經(jīng)元輸出，σ表示激活函數(shù)，w,+表示第y個(gè)y=W×tansig(W??×x+b?)+W?×tans參數(shù)確定后需要選取激活函數(shù)，這里選用sigmod函數(shù)。圖4-2是所構(gòu)建的Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型：其中w??和w??是每個(gè)隱含層的權(quán)重系數(shù)，輸入的數(shù)據(jù)并不能直接使用，而是先￥電池容量歸一化處理。使用.隱含層1隱含層1輸出W構(gòu)建完成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)后，這確切地體現(xiàn)出了下一步進(jìn)行訓(xùn)練網(wǎng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入已經(jīng)訓(xùn)練完成的網(wǎng)絡(luò)，觀察分析其預(yù)測效果Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的梯度消失不可避免，在這等情況下故而其不適用于時(shí)序預(yù)測，在本節(jié)引入NAR網(wǎng)絡(luò)模型。動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可將上一時(shí)刻系統(tǒng)的保存數(shù)據(jù)代入下一時(shí)刻構(gòu)如圖4-4結(jié)合圖4-5和圖4-4可看出，輸入信號(hào)進(jìn)行輸入后，在隱含層進(jìn)行閾值和權(quán)重系數(shù)參與的計(jì)算，隨后轉(zhuǎn)至輸出層進(jìn)行輸出，輸出后的數(shù)歸功于延時(shí)函數(shù)的存在，從這些設(shè)計(jì)可以看出來系統(tǒng)可以保存上一時(shí)刻的輸出值，包含了數(shù)據(jù)前后時(shí)間關(guān)系，故而較傳統(tǒng)的靜態(tài)Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)而言精度更高。WbWb十21圖4-5中印證了Nar神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是將上一時(shí)刻的輸出值y(t)帶入到下一時(shí)刻進(jìn)行計(jì)算的時(shí)序網(wǎng)絡(luò)，這種特性的實(shí)現(xiàn)需要圖4-4中的時(shí)序函數(shù)。對(duì)應(yīng)上述時(shí)序網(wǎng)絡(luò)的說明.Nar神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的函數(shù)表達(dá)式可以寫成式(韓志遠(yuǎn).陳y(t)=f(y(t-1),y(t-2),…y(下面搭建Nar動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，首先設(shè)置隱含層層數(shù)為2,再設(shè)置自回歸階數(shù)為2,輸入量就是浮充后的電池容量?？驁D如圖4-6所示：原始序列電池容量設(shè)置自回歸階數(shù)-2隱含層神劃分?jǐn)?shù)據(jù)集訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)設(shè)置參數(shù)輸入格式進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入池容量并進(jìn)輸入延遲狀態(tài)狀態(tài)預(yù)測輸出隱含層1隱含層2輸出層Q檢驗(yàn)4.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)壽命預(yù)測模型的仿真驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別從各組實(shí)驗(yàn)電池的充放電數(shù)據(jù)中得出，每個(gè)電池的充放電次數(shù)是輸入，輸出則是電池的容量(付彬天，陳雅朝，2021)。在這等條件下在本章使用了四個(gè)檔位的電池容量隨循環(huán)次數(shù)的曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和Nar神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合并預(yù)測，隱藏層數(shù)量設(shè)置均為2,Nar神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的自回歸階數(shù)設(shè)置為2,參數(shù)設(shè)置完畢，進(jìn)行Matlab仿真，圖4-7到圖4-17是仿真結(jié)果。0電池容量縱軸47圖4-72.15V檔位的擬合預(yù)測圖像◎O橫軸-預(yù)測值e縱軸實(shí)際值O圖4-82.15V檔位的相關(guān)系數(shù)0橫軸-浮充次數(shù)縱軸電池容量圖4-92.2V檔位的擬合預(yù)測圖像O中縱軸實(shí)際值圖4-102.2V檔位的相關(guān)系數(shù)—Fit00縱軸電池容量5··6縱軸實(shí)際值00縱軸電池容量圖4-132.3V檔位的擬合預(yù)測圖像00實(shí)際值縱軸圖4-142.3V檔位的相關(guān)系數(shù)由圖4-9到圖4-14可以明顯看出在2.25V檔位的數(shù)據(jù)擬合效果最佳，2.15V和2.3V檔位的相關(guān)系數(shù)不可靠，其中可以發(fā)現(xiàn)一些線索故而選用2.25V檔位訓(xùn)練出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為蓄電池浮充壽命預(yù)測模型，2.15V和2.3V檔位的擬合結(jié)果很差是因?yàn)槠涓〕潆妷哼^低和過高影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表達(dá)，同樣地，Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中隱含層層數(shù)也會(huì)影響模型地?cái)M合效果，本文仿真前期設(shè)定的隱含層層數(shù)為3,而其擬合結(jié)果很不管是在均方根誤差層面還是在相關(guān)系數(shù)層面的表現(xiàn)都很差(成悅彤，付澤昂，2021)。經(jīng)過多重?cái)M合，Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)較好，但從本質(zhì)上來講，Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它沒有記憶和反饋，是一種前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在訓(xùn)練時(shí)通過權(quán)重系數(shù)層層遞進(jìn)，按誤差來調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重和誤差，在這種狀態(tài)下但這也就注定了Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的局限性，為了更準(zhǔn)確地預(yù)測蓄電池的浮充壽命，故而再引入動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型并通過數(shù)據(jù)的擬合優(yōu)化壽命預(yù)測模型(成曉羽，邱瑞倩，2022)。關(guān)于數(shù)據(jù)的選用，取用Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的仿真中效果最好的2.25V檔進(jìn)行仿真，得到時(shí)序輸出模型及其相關(guān)系數(shù)如圖4-16和圖4-17所示：十00縱軸電池容量X6實(shí)際值縱軸6將圖4-16與Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)眾擬合輸出圖像對(duì)比可看出，Nar神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得預(yù)測由圖4-17看出，NAR動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在時(shí)序預(yù)測比Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)精度更高，且前者的模型結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，從這些行為可閥控式密封鉛酸電池具有體積小、比能量大、無污染、大電流放電能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，故常作為主要供能電池、核心電源使用，是變電站的主要設(shè)備，地位十分重要。但其壽命受諸多因素的影響而難鉛酸蓄電池的發(fā)展和國內(nèi)外研究背景，設(shè)計(jì)了鉛酸蓄電池借助了MATLAB中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)擬合處理手段完成了以下工作：(1)考慮變電站用鉛酸蓄電池工況下運(yùn)行狀態(tài)及其運(yùn)行特性，梳理了鉛酸蓄電池容量衰減的內(nèi)因、外因和表征，厘清了鉛酸(2)根據(jù)阿倫尼烏斯公式推導(dǎo)了鉛酸蓄電池高溫加速浮充耐久性試驗(yàn)機(jī)(3)參考GB/T19638.1-2014中6.23設(shè)計(jì)并進(jìn)行了鉛酸蓄電池60℃高溫加(4)通過MATLAB使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法完成了對(duì)蓄電池壽命的預(yù)測，并比較了靜態(tài)Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)態(tài)NAR神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)蓄電池壽命預(yù)測的效果，得出了Technicalproceduresfortheoperationandmaintenanceofbatterydcpowerunitforpower鄭澤韜，周慧茜tems:DL/T724—2000[S].2000.[2]固定型閥控式鉛酸蓄電池：GB/T19638.1—2014[S].2014.Fixedvalve-controlledlead-acidbattery:GBT19638.1—2014[S].20池)Batteriesinstationary[4]YUASACo.,Ltd.Yuasabatteryinstallationmaintenaguide[EB/OL].https://news.yuasa.co.uk/wpcontent/uploads/2016/03/Yuasa-Battery-Installation-Maintenance-Commissioning-Guide.pdf.[5]付啟航，張羽和.閥控鉛酸蓄電池常見故障分析[J].中國設(shè)備工程，2020(22):41-42.WUJian.Analysisofcommonfailuresofvalve-regulatedlead-acidbatterieChinaEquipmentEngineering,2020(22):4[6]陳羽和，張?jiān)铺?基于支持向量回歸的變電站蓄電池退化趨勢預(yù)測[J].電源學(xué)[7]LIUBin,BIXiaoxiong,DANGJunpDegradationtrendpredictionofbatteryinsubstationbasedonsupportvectorregression[J].Journalofpower,2020,18(06):207-214.[8]付彬天，陳雅朝.變電站用鉛酸蓄電池蓄電池典型失效模式及危險(xiǎn)性分析[J].蓄電[9]成悅彤，付澤昂，.Analysisofthetypicalfailuremodesandriskofthe鉛酸蓄電池batteriesforsubstations[J].Battery,2017,54(04):160-169+194.[10]成曉羽，邱瑞倩.電力系統(tǒng)用閥控式鉛酸蓄電池組使用壽命分析[J].蓄電LIJinming.Analysisofservicelifeof鉛酸蓄電池batteriesforpower鄭澤韜，周慧茜tems[J].Battery,2019,56(01):38-41.[11]孫怡倩，黃博文.隔板飽和度與閥控式密封鉛酸蓄電池壽命關(guān)系[J].電源技life[J].Powertechnology,2017,41(10):1450-1451.[13]張向陽，陳雨彤.閥控密封式鉛酸蓄電池的原理及其運(yùn)行維護(hù)[J].電源技術(shù)應(yīng)[14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