基于大数据的电动汽车动力电池充电预测分析_张超.pdf

Application 创新应用电子技术 第 52 卷 第 2 期（总第 555 期）2023 年 2 月 307可以为人们带来更好的自动化与智能化服务1。在大数据时代与云计算深度不断发展的过程中，电子信息技术同样也在服务方面取得了十分显著的进步成果，通过对关键数据信息的进一步挖掘，不仅可以更加有效地节约人力资源，同时还能够将广大用户的切实需求与信息技术进行紧密结合，充分运用数据获取、数据分析、数据挖掘、云计算等方式，将电子信息技术整理出的信息资源加以优化与整合，可准确找出具备较高价值的数据，应用效果极佳。2 电动汽车的发展现状新时期背景下，全球范围内的电动汽车数量不断上升，电动车辆市场也处于快速发展的重要，但是，由于动力电池技术依旧存在较多的不完善问题，并未得到有效解决，对电动汽车产业的发展形成一定程度的制约作用，表现下述几方面内容。（1）对于电池系统而言，具有一致性特点的电动汽车中，采用的动力电气系统大多会将自身的0 引言能源与环境问题已经成为当代社会的一项核心问题，事关人们当下的生存和未来发展，因此，电动汽车技术作为新时期的一种新能源应用形式，备受人们关注。在这样的时代背景下，为进一步满足电动汽车的能源供应问题，即解决电池充电问题，需要针对具体情况展开具体分析，在明确电池制造工艺的同时，找出更为搞笑的充电作业方式，争取延长电池设备使用寿命的同时，提升充电效率，保证电动汽车的使用效果。1 大数据技术的特点大数据技术属于现代化智能技术系统中的关键组成结构，处于大数据背景下，现有电子信息技术同样在向智能化方向发展。对于电子信息技术在当下的发展过程而言，会随着人们在生活和工作中的实际需求变化而进步和发展，智能化与智能化服务属于人们生活中的常见现代化服务方式，如：智能购物和智能导航等方面，电子信息技术在这些角度作者简介：张超，国网河北省电力有限公司营销服务中心，工程师，硕士；研究方向：信息系统建设、充电基础设施和能源计量数据分析。收稿日期：2022-05-07；修回日期：2023-02-12。摘要：阐述大数据技术的特点，电动汽车的发展现状，动力电池系统和电池充电能量分析，探讨电动汽车动力电池的充电预测，电动汽车动力电池装置的安全，动力电池数据可视化、回归计算分析，提出针对性的改进措施。关键词：大数据技术，动力电池系统，充电能量，充电预测，回归计算。中图分类号：U469.72文章编号：1000-0755(2023)02-0307-03文献引用格式：张超，王星星，韩桂楠.基于大数据的电动汽车动力电池充电预测分析J.电子技术,2023,52(02):307-309.基于大数据的电动汽车动力电池充电预测分析张超1，王星星2，韩桂楠1（1.国网河北省电力有限公司营销服务中心，河北 050022；2.国网河北省电力有限公司超高压公司，河北 050070）Abstract This paper describes the characteristics of big data technology,the development status of electric vehicles,the analysis of power battery system and battery charging energy,discusses the charging prediction of electric vehicle power battery,the safety of electric vehicle power battery device,the visualization of power battery data,regression calculation and analysis,and puts forward targeted improvement measures.Index Terms big data technology,power battery system,charging energy,charging prediction,regression calculation.Analysis of EV Power Battery Charging Prediction Based on Big DataZHANG Chao1,WANG Xingxing2,HAN Guinan1(1.State Grid Hebei Electric Power Co.,Ltd.,Marketing Service Center,Hebei 050022,China.2.State Grid Hebei Electric Power Co.,Ltd.,EHV Company,Hebei 050070,China.)Application 创新应用308 电子技术 第 52 卷 第 2 期（总第 555 期）2023 年 2 月动力电压等级做出有效控制，几百伏标准以上，这种电池电压的设定情况，在为电动车辆提供动能支持的过程中，需要通过数百节单体形式的电池串联才能够保证供电效果可以达到使用需求，确保供电水平可以以满足车辆运行所需电压值2,3。其中，电压值还会受到不同电池参数造成的影响，如：电池的内阻值标准、电池容量区别等关键信息具有不一致性，所以电池组无法有效发挥出自身的单体电池供电能力，并且展现出的能量特性也会受到不良影响。以上述内容为基础，由于电池系统的充电和放电过程均属于正常使用过程，并且使用过程中还会存在一定程度的不一致性操作，这种不一致性操作,会随着时间发展而累积得更多，导致不均衡性出现一种累加现象，最终对电动汽车的正常行车安带来直接威胁。（2）电动汽车电池快速充电，是当下比较人们的一项学术性问题，因为电动汽车自身的实际充电时间较长，并且补充速度要远远超出给汽车加油消耗的时间，所以这也造成动力电池系统出现较为严重的技术瓶颈问题，最终对电动汽车行业的未来发展形成不利影响。一般情况下，动力电池处于快速充电状态时，比较理想的充分状态是使用家用充电器设备，仅需30min即可充满电池，或使用专用充电站设备、充电桩设备，同样可以将时间进一步缩短到与车辆加油时间相近的状态。（3）电动汽车电池使用寿命问题，是目前我国大部分电动汽车企业正在重点研究的问题，一般情况下，动力电池提供的质保期设定为两年以内，在此期间，还需要考虑到动力电池制造需要消耗的成本较高问题，这也导致电动汽车在实际使用周期内，需要支持的费用较高4。因此，电池使用寿命问题则变得更加重要。目前针对动力电池组实际寿命的延长技术，依旧远远低于传统内燃机汽车发动机设备的总体使用寿命，同时这也属于电动汽车在于传统汽车竞争市场过程中的一项劣势因素。（4）电动汽车的电池适应性是一项重要的车辆实用性参考标准，由于动力电池系统处于高温工作状态或低温工作状态中的效果不佳，在面对各种恶劣工作环境时，汽车电池参数会出现一定程度的变化，如电池容量、工作效率等数据均会出现迅速下降的情况，这种现象也导致动力电池的最终使用寿命受到严重影响5。其中，由于恶劣工况造成的影响，还会使电池容量出现明显下降，并且电池内阻还会呈现出一定程度的不均衡性特点，此时电池内部也会出现一定程度的温度差异，这些不良工作状态效果的叠加，将会对电池系统内的组内单元一致性造成破坏作用，导致动力电池组能量转化效率出现大幅度下降，进而对电池的总体使用寿命造成影响，缩短使用时间。3 动力电池系统 3.1 电动汽车蓄电池系统 一般情况下，电动汽车的蓄电池设备在实际使用过程中，需要面对的主要问题为总体使用寿命远远低于设计寿命,一般情况下，蓄电池设计寿命均会控制在1015年的范围内，但是,在大部分实际使用过程中，由于各种充电方式或使用方式的错误，导致蓄电池设备在使用35年的时间后，便会出现损坏的情况，无法继续使用6。部分比较严重的，只能够坚持使用一年时间就会出现损坏的情况，这不仅会对蓄电池供电运行的设备造成可靠性影响，同时还会造成较为严重的财产损失。因此，需要提高对电池供电能力和使用寿命问题的重视，以此为基础，才能够进一步提升电动汽车在民众心中的地位，提升市场占有率。3.2 电池维护系统 对于车用蓄电池智能维护系统而言，属于一种集中形式的充电维护保障系统，主要包括充电维护系统和相应的移动终端管理系统7。充电维护系统主要包括上位机维护系统和多个不同形式的充电维护台架，任意一台充电维护台架上均需要设定多个能够放置蓄电池的专门充电维护位，任意充电维护位上均会装有对应的充电维护单元，此时任意充电维护台架上还会设有相关的管理单元。此时充电管理单元能够根据上位机维护系统发出的各种维护指令，对相应充电维护单元进行控制，保证维护蓄电池可以处于充电维护的状态下。3.3 动力电池充电能量 电池构造。通常情况下，铅酸蓄电池设备的电极是由铅及铅的氧化物共同制成。并且，铅酸蓄电池内部的电解液均为酸硫酸溶液。当设备处于放电状态时，设备的正极主要成分为二氧化铅、设备的负极主要成分为铅。当设备处于为其他用电设备充电状态时，此时电池设备的正负极主要成分均为硫酸铅。电池工作原理。对于铅酸蓄电池设备而言，其主要组成结构为：正极板、负极板以及电解液三部分。当铅酸蓄电池设备处于放电状态时，设备的正极板中的PbO4、负极板中的Pb分别会与电解液中存在的硫酸成分产生反应，并最终生成一种PbSO4,成分，此时电解液内的硫酸浓度比例会出现变小的情况。当铅酸蓄电池设备处于放电状态时，则铅酸蓄电池设备的正极板以及负极板上均会生成相应的PbSO4。当铅酸蓄电池设备处于充电状态时，PbSO4则会经过氧化还原作用，在反应后生成PbO,与Pb，此时电解液中的硫酸含量比例会出现变大的情况。当铅酸蓄电池设备处于充、放电状态时，铅酸蓄电池设备的正极板和负极板均会在同一时刻发生不同类型的电化学反应，由此产生大量带电的正离子和Application 创新应用电子技术 第 52 卷 第 2 期（总第 555 期）2023 年 2 月 309负离子，当这些正离子与负离子进行流动作用后，就会形成电流，因此可将其称之为“成硫反应”。4 电池系统发展应用 4.1 可视化技术可视化技术即为图形生成技术、人机交互技术与图像处理技术的结合体，可将数据合理转化为一个更加形象、更加直观的图像，可进一步增强人对计算过程的有效控制。可视化软件本身的使用方式较为简便，并且图像显示与最终计算速度一致，所以，在发现图像计算结果出现问题后，可立即停止计算，并采取相应处理措施。4.2 电池维护系统页面以结构化程序设计方案为基本原则，根据主要功能的实际需求，设定相应数据流程。一般情况下，可视化系统本身提供的主操作页面更为直观，操作更为便捷，能够快速找出电池在使用期间存在的主要问题，可以为电池系统维护提供积极的助力作用。同时可以进一步控制用户的实际使用成本。因此，可将电池系统维护工作作为一项延长电池使用寿命的主要手段，在实际使用过程中采取更加科学的使用方式，保证电池系统的良好使用状态。4.3 回归计算分析（1）最小二乘估计，在进行充电能量分析和许多变量分析的过程中，往往需要借助固有样本数据才能够达成分析目的，并以此为基础建立专门的回归方程，其中，建立方程的最终目标即为：保证回归方程计算标准差终值可以控制在尽可能小的范围内，可以借助Matlab编程，对电动汽车电池最小二乘回归系数进行计算，得到充电能量方程如式（1）所示。y=-1.845534+0.077967x1+0.000005x2+0.215548x3-0.006107x4+0.009821x5-0.003082x6+0.000293x7+0.009840 x8-0.011246x9（1）（2）主成分估计，为进一步克服最小二乘估计量值对设计阵病态造成的影响，减少不稳定性因素，可以使用主成分估计法，以样本数据为核心建立起专门的回归方程。此间可以利用Matlab计算软件对现有评价指标做出主成分分析处理，然后选出不同主成分对应的个数，并计算出回归方程系数及其对应标准差信息，当最小二乘法计算