本發(fā)明涉及一種用于電動(dòng)汽車的串聯(lián)電池組剩余放電能量預(yù)測方法，屬于電動(dòng)汽車電池管理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

當(dāng)前電動(dòng)汽車存在續(xù)駛里程短、剩余里程估計(jì)不準(zhǔn)確等問題，無法完全滿足用戶的需求，并且會(huì)導(dǎo)致駕駛員產(chǎn)生“里程焦慮”。電動(dòng)汽車的動(dòng)力源一般由若干節(jié)單體動(dòng)力電池串聯(lián)組成，電池組的放電能量直接影響車輛的續(xù)駛里程，而電池組剩余放電能量的預(yù)測精度對(duì)車輛的剩余里程估計(jì)精度有著很大的影響，需要重點(diǎn)開展研究。

電池組的剩余放電能量為電池組從當(dāng)前時(shí)刻到放電截止時(shí)刻累計(jì)放出的能量，即為電池組輸出端電壓與輸出電流的乘積對(duì)時(shí)間的積分。然而，在串聯(lián)電池組中，各節(jié)單體的單體荷電狀態(tài)存在一定程度的差異，在放電過程中，為了防止個(gè)別單體產(chǎn)生過放，電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的單體電壓或單體荷電狀態(tài)到達(dá)截止條件時(shí)，串聯(lián)電池組便不能繼續(xù)放電，即串聯(lián)電池組的放電截止時(shí)刻由電壓處于最低狀態(tài)的單體電池決定。因此，串聯(lián)電池組的剩余放電能量一方面受到電池組運(yùn)行工況的影響，另一方面也受到電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的影響。在進(jìn)行串聯(lián)電池組剩余放電能量預(yù)測時(shí)，需要綜合考慮上述兩方面的影響，才能實(shí)現(xiàn)串聯(lián)電池組剩余放電能量的精確預(yù)測。

目前已經(jīng)有一些方法將串聯(lián)電池組看作一個(gè)整體，不考慮單體間的不一致性，簡單地采用單體電池剩余放電能量的預(yù)測方法來預(yù)測電池組的剩余放電能量，預(yù)測精度無法滿足車輛需求。在單體間荷電狀態(tài)差異較大時(shí)，預(yù)測的電池組放電截止時(shí)刻遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于實(shí)際的放電截止時(shí)刻，導(dǎo)致高估電池組的剩余放電能量，進(jìn)一步導(dǎo)致電動(dòng)汽車剩余里程的高估，偏差嚴(yán)重時(shí)，將有可能導(dǎo)致電動(dòng)汽車在旅途過程中里程不足，中途“趴窩”，嚴(yán)重影響用戶的出行計(jì)劃，更有可能導(dǎo)致安全事故。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種用于電動(dòng)汽車的串聯(lián)電池組剩余放電能量預(yù)測方法，考慮各節(jié)單體電池荷電狀態(tài)不一致性對(duì)電池組放電截止時(shí)刻的影響，以實(shí)時(shí)預(yù)測存在一致性差異的串聯(lián)電池組剩余放電能量，在各種運(yùn)行工況都能保證較高的預(yù)測精度。

本發(fā)明提出的用于電動(dòng)汽車的串聯(lián)電池組剩余放電能量預(yù)測方法，包括以下步驟：

(1)以設(shè)定的采樣頻率采集電動(dòng)汽車電池組的運(yùn)行工況數(shù)據(jù)，包括電池組的電流I、電壓U_tp、輸出功率P、荷電狀態(tài)SOC_p、溫度T以及電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的單體電壓U_tmin和單體荷電狀態(tài)SOC_min；

(2)根據(jù)上述步驟(1)采集的電池組的輸出功率P和溫度T，預(yù)測電池組的未來輸出功率P_pre和未來溫度變化率ΔT_pre，具體過程如下：

(2-1)設(shè)定時(shí)間段t，根據(jù)步驟(1)采集的該時(shí)間段內(nèi)電池組的輸出功率P和溫度T，計(jì)算電池組的平均輸出功率P_a，a＝1,2,…,b,…，及電池組的平均溫度變化率ΔT_a，a＝1,2,3,…,b,…，在t_b時(shí)刻，計(jì)算t_b-1～t_b時(shí)間段內(nèi)，電池組的平均輸出功率P_b，即計(jì)算步驟(1)采集的t_b-1～t_b時(shí)間段內(nèi)電池組輸出功率P的平均值，同時(shí)，計(jì)算t_b-1～t_b時(shí)間段內(nèi)，電池組的平均溫度變化率ΔT_b，計(jì)算公式為：ΔT_b＝(T(t_b)-T(t_b-1))/(t_b-t_b-1)，其中T(t_b)和T(t_b-1)分別為t_b和t_b-1時(shí)刻電池組的溫度，由上述步驟(1)采集；

(2-2)在t_b時(shí)刻，根據(jù)上述步驟(2-1)中計(jì)算得到的t_b-1～t_b時(shí)間段內(nèi)電池組的平均輸出功率P_b和平均溫度變化率ΔT_b，計(jì)算電池組未來輸出功率P_pre,b，和未來溫度變化率ΔT_pre,b，

P_pre,b＝(1-w)×P_pre,b-1+w×P_b

ΔT_pre,b＝(1-w_T)×ΔT_pre,b-1+w_T×ΔT_b

其中，P_pre,b-1和ΔT_pre,b-1分別為t_b-1時(shí)刻預(yù)測得到的電池組的平均輸出功率和平均溫度變化率，w和w_T為系數(shù)，取值范圍為0～1；

(3)根據(jù)上述步驟(1)采集的電池組的電流I、電壓U_tp和荷電狀態(tài)SOC_p，利用電池組等效電路模型，采用帶遺忘因子的最小二乘法，對(duì)電池組等效電路模型中的內(nèi)阻參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，得到電池組等效電路模型中的內(nèi)阻參數(shù)，用該內(nèi)阻參數(shù)更新電池組等效電路模型的原內(nèi)阻參數(shù)R_p,ohm隨電池組荷電狀態(tài)SOC_p變化的曲線R_p,ohm(i)＝f(SOC_p(i))，其中SOC_p(i)＝1-(i-1)/(N-1)，i＝1,2,3,…,N,N為一個(gè)大于10的正整數(shù)，具體過程如下：

(3-1)建立電池組的等效電路模型，通過電池組常規(guī)內(nèi)阻測試獲得電池組等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)R_p，ohm隨荷電狀態(tài)SOC_p變化的原始曲線，記為R_p,ohm(i)＝f(SOC_p(i))，其中SOC_p(i)＝1-(i-1)/(N-1)，i＝1,2,3,…,N,N為一個(gè)大于10的正整數(shù)；

(3-2)根據(jù)上述步驟(1)采集的電池組的電流I、電壓U_tp和荷電狀態(tài)SOC_p，采用帶遺忘因子的最小二乘法在線辨識(shí)電池組等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)，迭代計(jì)算公式為：

其中，OCV_p(t_k)為t_k時(shí)刻的電池組的開路電壓，U_tp(t_k)為t_k時(shí)刻的電池組的電壓，I(t_k)為t_k時(shí)刻的電池組的電流，和分別為t_k時(shí)刻和t_k-1時(shí)刻辨識(shí)得到的電池組等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)，K_k為t_k時(shí)刻的迭代計(jì)算系數(shù)，P_k為t_k時(shí)刻的迭代計(jì)算系數(shù)，P_k-1為t_k-1時(shí)刻的迭代系數(shù)，λ為遺忘因子，取值范圍為0.95～1；

(3-3)用上述步驟(3-2)中在線辨識(shí)得到電池組等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)更新電池組等效電路模型的原內(nèi)阻參數(shù)R_p,ohm隨荷電狀態(tài)SOC_p變化的曲線R_p,ohm(i)＝f(SOC_p(i)),其中SOC_p(i)＝1-(i-1)/(N-1)，更新時(shí)的計(jì)算公式為：

其中，R_p,ohm,k-1(i)＝f_k-1(SOC_p(i))為電池組等效電路模型的原內(nèi)阻參數(shù)R_p,ohm隨荷電狀態(tài)SOC_p變化的曲線，即t_k-1時(shí)刻的電池組等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)R_p,ohm隨荷電狀態(tài)SOC_p變化的曲線，R_p,ohm,k(i)＝f_k(SOC_p(i))為更新后的電池組等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)R_p,ohm隨荷電狀態(tài)SOC_p變化的曲線；SOC_p(t_k)為t_k時(shí)刻的電池組的荷電狀態(tài)，R_p,ohm,k-1(SOC_p(t_k))為根據(jù)電池組等效電路模型的原內(nèi)阻參數(shù)R_p,ohm隨荷電狀態(tài)SOC_p變化的曲線R_p,ohm,k-1(i)＝f_k-1(SOC_p(i))線性插值得到的電池組荷電狀態(tài)為SOC_p(t_k)時(shí)的內(nèi)阻參數(shù)，w_R為系數(shù)，取值范圍為0～1；

(4)根據(jù)上述步驟(1)采集的電池組的電流I、電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的單體電壓U_tmin和單體荷電狀態(tài)SOC_min，以及電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型，采用帶遺忘因子的最小二乘法，對(duì)電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型中的內(nèi)阻參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，得到電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型中的內(nèi)阻參數(shù)，用該內(nèi)阻參數(shù)更新電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型的原內(nèi)阻參數(shù)R_min,ohm隨電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的單體荷電狀態(tài)SOC_p變化的曲線R_min,ohm(j)＝g(SOC_min(j))，其中SOC_min(j)＝1-(j-1)/(M-1)，j＝1,2,3,…,M,M為一個(gè)大于10的正整數(shù)，具體過程如下：

(4-1)建立電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型，通過常規(guī)內(nèi)阻測試獲得電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)R_min，ohm隨單體荷電狀態(tài)SOC_min變化的原始曲線，記為R_min,ohm(j)＝g(SOC_min(j))，其中SOC_min(j)＝1-(j-1)/(M-1)(j＝1,2,3,…,M),M為一個(gè)大于10的正整數(shù)；

(4-2)根據(jù)上述步驟(1)采集的電池組的電流I、電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的單體電壓U_tmin和單體荷電狀態(tài)SOC_min，，采用帶遺忘因子的最小二乘法在線辨識(shí)電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)，迭代計(jì)算公式為：

其中，OCV_min(t_k)為t_k時(shí)刻的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的開路電壓，U_tmin(t_k)為t_k時(shí)刻的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的單體電壓，I(t_k)為t_k時(shí)刻的電池組電流，和分別為t_k時(shí)刻和t_k-1時(shí)刻辨識(shí)得到的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)，K_k為t_k時(shí)刻的迭代計(jì)算系數(shù)，P_k為t_k時(shí)刻的迭代計(jì)算系數(shù)，P_k-1為t_k-1時(shí)刻的迭代系數(shù)，λ為遺忘因子，取值范圍為0.95～1；

(4-3)用上述步驟(4-2)中在線辨識(shí)得到電壓處于最低狀態(tài)的單體電池等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)更新電壓處于最低狀態(tài)的單體電池等效電路模型的原內(nèi)阻參數(shù)R_min,ohm隨單體荷電狀態(tài)SOC_min變化的曲線R_min,ohm(j)＝g(SOC_min(j)),其中SOC_min(j)＝1-(j-1)/(M-1)，更新時(shí)的計(jì)算公式為：

其中，R_min,ohm,k-1(j)＝g_k-1(SOC_min(j))為電壓處于最低狀態(tài)的單體電池等效電路模型的原內(nèi)阻參數(shù)R_min,ohm隨的單體荷電狀態(tài)SOC_min變化的曲線，即t_k-1時(shí)刻的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)R_min,ohm隨單體荷電狀態(tài)SOC_min變化的曲線，R_min,ohm,k(j)＝g_k(SOC_min(j))為更新后的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)R_min,ohm隨單體荷電狀態(tài)SOC_min變化的曲線，SOC_min(t_k)為t_k時(shí)刻的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的單體荷電狀態(tài)，R_min,ohm,k-1(SOC_min(t_k))為根據(jù)電壓處于最低狀態(tài)的單體電池等效電路模型的原內(nèi)阻參數(shù)R_min,ohm隨單體荷電狀態(tài)SOC_min變化的曲線R_min,ohm,k-1(j)＝g_k-1(SOC_min(j))線性插值得到的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的單體荷電狀態(tài)為SOC_min(t_k)時(shí)的內(nèi)阻參數(shù)，w_R為系數(shù)，取值范圍為0～1；

(5)設(shè)定一個(gè)剩余放電能量預(yù)測過程中的荷電狀態(tài)預(yù)測間隔ΔSOC，根據(jù)步驟(1)采集的電池組在t時(shí)刻的荷電狀態(tài)SOC_p(t)，以該荷電狀態(tài)預(yù)測間隔ΔSOC為公差，計(jì)算得到一組電池組未來荷電狀態(tài)：

SOC_p,pre,m＝SOC_p(t)-(m-1)×ΔSOC，m＝1,2,3,…

記為電池組未來荷電狀態(tài)序列，其中m為序列號(hào)，同時(shí)根據(jù)步驟(1)采集的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池在t時(shí)刻的荷電狀態(tài)SOC_min(t)，計(jì)算一組電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體荷電狀態(tài)：

SOC_min,pre,m＝SOC_min(t)-(m-1)×ΔSOC，m＝1,2,3,…

記為電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體荷電狀態(tài)，其中m為序列號(hào)；

(6)根據(jù)上述步驟(2)預(yù)測的電池組未來平均輸出功率P_pre、未來溫度變化率ΔT_pre，步驟(3)得到的電池組等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)R_p,ohm隨電池組荷電狀態(tài)SOC_p變化的曲線，以及步驟(5)得到的電池組未來荷電狀態(tài)序列SOC_p,pre,m，預(yù)測電池組未來荷電狀態(tài)序列SOC_p,pre,m(m＝1,2,3,…)對(duì)應(yīng)的電池組未來電壓序列U_tp,pre,m(m＝1,2,3,…)、未來電流序列I_pre,m(m＝1,2,3,…)以及未來溫度序列T_pre,m(m＝1,2,3,…)，具體過程如下：

(6-1)根據(jù)上述步驟(2)預(yù)測的電池組未來溫度變化率ΔT_pre，預(yù)測電池組未來荷電狀態(tài)SOC_p,pre,m對(duì)應(yīng)的電池組未來溫度：

其中，ΔSOC為荷電狀態(tài)預(yù)測間隔，由上述步驟(5)計(jì)算得到，C_min為電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的容量，I_pre,m-1為與電池組未來荷電狀態(tài)SOC_p,pre,m-1相對(duì)應(yīng)的電池組的未來電流；

(6-2)根據(jù)上述步驟(3)得到的電池組等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)內(nèi)阻參數(shù)R_p,ohm隨荷電狀態(tài)SOC_p變化的曲線R_p,ohm(i)＝f(SOC_p(i))，采用線性插值獲得與未來荷電狀態(tài)SOC_p,pre,m相對(duì)應(yīng)的電池組等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)初值R′_p,ohm(SOC_p,pre,m)，根據(jù)上述步驟(6-1)預(yù)測得到的電池組未來溫度T_pre,m，考慮溫度對(duì)電池內(nèi)阻的影響，計(jì)算未來荷電狀態(tài)序列SOC_p,pre,m對(duì)應(yīng)的電池組等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)R_p,ohm(SOC_p,pre,m)：

其中，Ea為電池組等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)隨溫度變化的活化能，通過常規(guī)實(shí)驗(yàn)獲得，R為氣體常數(shù)，T(t)為t時(shí)刻電池組的溫度；

(6-3)根據(jù)上述步驟(2)預(yù)測的電池組未來輸出功率P_pre，計(jì)算電池組的未來電流I_pre,m：

進(jìn)一步計(jì)算得到電池組的未來電壓U_tp,pre,m：

U_tp,pre,m＝OCV(SOC_p,pre,m)-I_pre,m×R_p,ohm(SOC_p,pre,m)；

(6-4)重復(fù)步驟(6-1)～(6-3)，得到電池組未來荷電狀態(tài)序列SOC_p,pre,m，對(duì)應(yīng)的電池組的未來電壓序列U_tp,pre,m，未來電流序列I_pre,m，以及未來溫度序列T_pre,m，其中m為序列號(hào)，m＝1,2,3,…；

(7)根據(jù)上述步驟(4)得到的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)R_min,ohm隨單體荷電狀態(tài)SOC_min變化的曲線，上述步驟(5)得到的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體荷電狀態(tài)序列SOC_min,pre,m，以及步驟(6)預(yù)測的電池組未來電流序列I_pre,m、未來溫度序列T_pre,m，預(yù)測電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體荷電狀態(tài)序列SOC_min,pre,m(m＝1,2,3,…)對(duì)應(yīng)的未來單體電壓序列U_tmin,pre,m(m＝1,2,3,…)，具體過程如下：

(7-1)根據(jù)上述步驟(4)得到的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)R_min,ohm隨單體荷電狀態(tài)SOC_min變化的曲線R_min,ohm(j)＝g(SOC_min(j))，采用線性插值獲得與未來單體荷電狀態(tài)序列SOC_min,pre,m相對(duì)應(yīng)的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)初值R′_min,ohm(SOC_min,pre,m)，根據(jù)上述步驟(6)得到的電池組的未來溫度序列T_pre,m，考慮溫度對(duì)電池內(nèi)阻的影響，計(jì)算電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體荷電狀態(tài)序列SOC_min,pre,m對(duì)應(yīng)的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)R_min,ohm(SOC_min,pre,m)：

其中，Ea為電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)隨溫度變化的活化能，通過常規(guī)實(shí)驗(yàn)獲得，R為氣體常數(shù)，T(t)為電池組t時(shí)刻的溫度；

(7-2)根據(jù)上述步驟(6)中得到電池組的未來電流序列I_pre,m，計(jì)算與電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體荷電狀態(tài)序列SOC_min,pre,m對(duì)應(yīng)的未來單體電壓序列U_tmin,pre,m：

U_tmin,pre,m＝OCV(SOC_min,pre,m)-I_pre,m×R_min,ohm(SOC_min,pre,m)；

(8)根據(jù)上述步驟(6)得到電池組未來溫度序列T_pre,m，確定電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的放電截止條件SOC_lim及V_lim，然后根據(jù)步驟(6)得到的電池組未來電壓序列U_tp,pre,m，計(jì)算電池組的剩余放電能量為：

其中，m為序列號(hào)，C_min為電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的容量，n為電壓處于最低狀態(tài)的單體電池到達(dá)放電截止條件時(shí)，電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的單體電壓序列或單體荷電狀態(tài)序列的序列號(hào):

n＝max{m|U_tmin,pre,m＞V_lim∩SOC_min,pre,m＞SOC_lim,m＝1,2,3,…}

其中，電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體荷電狀態(tài)序列SOC_min,pre,m由步驟(5)得到，電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體電壓序列U_tmin,pre,m由步驟(7)得到。

本發(fā)明提出的用于電動(dòng)汽車的串聯(lián)電池組剩余放電能量預(yù)測方法，其優(yōu)點(diǎn)是，本發(fā)明方法考慮了各節(jié)單體電池荷電狀態(tài)不一致性對(duì)電池組放電截止時(shí)刻的影響，在進(jìn)行串聯(lián)電池組剩余放電能量預(yù)測時(shí)，基于電池組未來運(yùn)行工況預(yù)測來計(jì)算電池組剩余放電能量，并同時(shí)預(yù)測電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體電壓序列，以實(shí)現(xiàn)串聯(lián)電池組放電截止時(shí)刻的準(zhǔn)確判斷，最終實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)電池組剩余放電能量的精確預(yù)測。本方法的突出優(yōu)勢在于考慮了各節(jié)單體電池荷電狀態(tài)不一致性對(duì)電池組放電截止時(shí)刻的影響，能夠準(zhǔn)確預(yù)測具有不一致性差異的串聯(lián)電池組剩余放電能量，而且計(jì)算量較小，可以直接應(yīng)用于電動(dòng)汽車的電池組剩余放電能量預(yù)測，有助于提高電動(dòng)汽車剩余里程估計(jì)精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的用于電動(dòng)汽車的串聯(lián)電池組剩余放電能量預(yù)測方法的流程框圖。

圖2為本發(fā)明方法中涉及的電池組未來輸出功率預(yù)測示意圖。

圖3為本發(fā)明方法中涉及的電池組未來溫度變化率預(yù)測示意圖。

圖4為本發(fā)明方法中涉及的電池組等效電路模型示意圖。

圖5為本發(fā)明方法中涉及的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型示意圖。

圖6為本發(fā)明方法中涉及的串聯(lián)電池組剩余放電能量計(jì)算過程示意圖。

圖7為本發(fā)明方法的串聯(lián)電池組剩余放電能量預(yù)測結(jié)果與真實(shí)結(jié)果的對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出的用于電動(dòng)汽車的串聯(lián)電池組剩余放電能量預(yù)測方法，其流程框圖如圖1所示，其特征在于包括以下步驟：

(1)以設(shè)定的采樣頻率采集電動(dòng)汽車電池組的運(yùn)行工況數(shù)據(jù)，包括電池組的電流I、電壓U_tp、輸出功率P、荷電狀態(tài)SOC_p、溫度T以及電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的單體電壓U_tmin和單體荷電狀態(tài)SOC_min；

(2)根據(jù)上述步驟(1)采集的電池組的輸出功率P和溫度T，預(yù)測電池組的未來輸出功率P_pre和未來溫度變化率ΔT_pre，具體過程如下：

(2-1)設(shè)定時(shí)間段t(該時(shí)間段t根據(jù)電動(dòng)汽車的行程設(shè)定)，根據(jù)步驟(1)采集的該時(shí)間段內(nèi)電池組的輸出功率P和溫度T，計(jì)算電池組的平均輸出功率P_a，a＝1,2,…,b,…，及電池組的平均溫度變化率ΔT_a，a＝1,2,3,…,b,…，如圖2中，在t_b時(shí)刻，計(jì)算t_b-1～t_b時(shí)間段內(nèi)，電池組的平均輸出功率P_b，即計(jì)算步驟(1)采集的t_b-1～t_b時(shí)間段內(nèi)電池組輸出功率P的平均值，同時(shí)，計(jì)算t_b-1～t_b時(shí)間段內(nèi)，電池組的平均溫度變化率ΔT_b，計(jì)算公式為：ΔT_b＝(T(t_b)-T(t_b-1))/(t_b-t_b-1)，其中T(t_b)和T(t_b-1)分別為t_b和t_b-1時(shí)刻電池組的溫度，由上述步驟(1)采集；

(2-2)在t_b時(shí)刻，根據(jù)上述步驟(2-1)中計(jì)算得到的t_b-1～t_b時(shí)間段內(nèi)電池組的平均輸出功率P_b和平均溫度變化率ΔT_b，計(jì)算電池組未來輸出功率P_pre,b，和未來溫度變化率ΔT_pre,b，如圖2和圖3所示。

P_pre,b＝(1-w)×P_pre,b-1+w×P_b

ΔT_pre,b＝(1-w_T)×ΔT_pre,b-1+w_T×ΔT_b

其中，P_pre,b-1和ΔT_pre,b-1分別為t_b-1時(shí)刻預(yù)測得到的電池組的平均輸出功率和平均溫度變化率，w和w_T為系數(shù)，取值范圍為0～1；本實(shí)施例中，二者的取值均為0.1。

在t_b～t_b+1時(shí)刻，不需要實(shí)時(shí)預(yù)測電池組的平均輸出功率和平均溫度變化率，此時(shí)電池組的未來輸出功率保持為P_pre,b,未來溫度變化率為ΔT_pre,b，如圖2和圖3所示，直至t_b+1時(shí)刻重新預(yù)測電池組未來輸出功率P_pre,b+1和未來溫度變化率ΔT_pre,b+1。

(3)根據(jù)上述步驟(1)采集的電池組的電流I、電壓U_tp和荷電狀態(tài)SOC_p，利用電池組等效電路模型，采用帶遺忘因子的最小二乘法，對(duì)電池組等效電路模型中的內(nèi)阻參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，得到電池組等效電路模型中的內(nèi)阻參數(shù)，用該內(nèi)阻參數(shù)更新電池組等效電路模型的原內(nèi)阻參數(shù)R_p,ohm隨電池組荷電狀態(tài)SOC_p變化的曲線R_p,ohm(i)＝f(SOC_p(i))，其中SOC_p(i)＝1-(i-1)/(N-1)，i＝1,2,3,…,N,N為一個(gè)大于10的正整數(shù)，具體過程如下：

(3-1)建立電池組的等效電路模型，如圖4所示，其中OCV_p為電池組的開路電壓，與電池組荷電狀態(tài)SOC_p存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，可通過常規(guī)測試獲得；R_p,ohm為電池組內(nèi)阻。根據(jù)該等效電路模型，可以計(jì)算電池組的電壓U_tp，計(jì)算公式為：U_tp＝OCV_p-I×R_p,ohm。通過電池組常規(guī)內(nèi)阻測試獲得電池組等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)R_p，ohm隨荷電狀態(tài)SOC_p變化的原始曲線，記為R_p,ohm(i)＝f(SOC_p(i))，其中SOC_p(i)＝1-(i-1)/(N-1)，i＝1,2,3,…,N,N為一個(gè)大于10的正整數(shù)；

(3-2)根據(jù)上述步驟(1)采集的電池組的電流I、電壓U_tp和荷電狀態(tài)SOC_p，采用帶遺忘因子的最小二乘法在線辨識(shí)電池組等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)，迭代計(jì)算公式為：

其中，OCV_p(t_k)為t_k時(shí)刻的電池組的開路電壓，U_tp(t_k)為t_k時(shí)刻的電池組的電壓，I(t_k)為t_k時(shí)刻的電池組的電流，和分別為t_k時(shí)刻和t_k-1時(shí)刻辨識(shí)得到的電池組等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)，K_k為t_k時(shí)刻的迭代計(jì)算系數(shù)，P_k為t_k時(shí)刻的迭代計(jì)算系數(shù)，P_k-1為t_k-1時(shí)刻的迭代系數(shù)，λ為遺忘因子，取值范圍為0.95～1；本發(fā)明的實(shí)施例中，設(shè)為0.9992；

(3-3)用上述步驟(3-2)中在線辨識(shí)得到電池組等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)更新電池組等效電路模型的原內(nèi)阻參數(shù)R_p,ohm隨荷電狀態(tài)SOC_p變化的曲線R_p,ohm(i)＝f(SOC_p(i)),其中SOC_p(i)＝1-(i-1)/(N-1)，

更新時(shí)的計(jì)算公式為：

其中，R_p,ohm,k-1(i)＝f_k-1(SOC_p(i))為電池組等效電路模型的原內(nèi)阻參數(shù)R_p,ohm隨荷電狀態(tài)SOC_p變化的曲線，即t_k-1時(shí)刻的電池組等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)R_p,ohm隨荷電狀態(tài)SOC_p變化的曲線，R_p,ohm,k(i)＝f_k(SOC_p(i))為更新后的電池組等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)R_p,ohm隨荷電狀態(tài)SOC_p變化的曲線；SOC_p(t_k)為t_k時(shí)刻的電池組的荷電狀態(tài)，R_p,ohm,k-1(SOC_p(t_k))為根據(jù)電池組等效電路模型的原內(nèi)阻參數(shù)R_p,ohm隨荷電狀態(tài)SOC_p變化的曲線R_p,ohm,k-1(i)＝f_k-1(SOC_p(i))線性插值得到的電池組荷電狀態(tài)為SOC_p(t_k)時(shí)的內(nèi)阻參數(shù)，w_R為系數(shù)，取值范圍為0～1；本發(fā)明的實(shí)施例中，設(shè)為0.1。

(4)根據(jù)上述步驟(1)采集的電池組的電流I、電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的單體電壓U_tmin和單體荷電狀態(tài)SOC_min，以及電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型，采用帶遺忘因子的最小二乘法，對(duì)電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型中的內(nèi)阻參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，得到電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型中的內(nèi)阻參數(shù)，用該內(nèi)阻參數(shù)更新電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型的原內(nèi)阻參數(shù)R_min,ohm隨電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的單體荷電狀態(tài)SOC_p變化的曲線R_min,ohm(j)＝g(SOC_min(j))，其中SOC_min(j)＝1-(j-1)/(M-1)，j＝1,2,3,…,M,M為一個(gè)大于10的正整數(shù)，具體過程如下：

(4-1)建立電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型，如圖5所示，其中OCV_min為電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的開路電壓，與電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的單體荷電狀態(tài)SOC_min存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，可通過常規(guī)測試獲得；R_min,ohm為電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的內(nèi)阻。根據(jù)該等效電路模型，可以計(jì)算電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的電壓U_tmin，計(jì)算公式為：U_tmin＝OCV_min-I×R_min,ohm。通過常規(guī)內(nèi)阻測試獲得電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)R_{min，ohm}隨單體荷電狀態(tài)SOC_min變化的原始曲線，記為R_min,ohm(j)＝g(SOC_min(j))，其中SOC_min(j)＝1-(j-1)/(M-1)(j＝1,2,3,…,M),M為一個(gè)大于10的正整數(shù)；

(4-2)根據(jù)上述步驟(1)采集的電池組的電流I、電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的單體電壓U_tmin和單體荷電狀態(tài)SOC_min，，采用帶遺忘因子的最小二乘法在線辨識(shí)電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)，迭代計(jì)算公式為：

其中，OCV_min(t_k)為t_k時(shí)刻的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的開路電壓，U_tmin(t_k)為t_k時(shí)刻的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的單體電壓，I(t_k)為t_k時(shí)刻的電池組電流，和分別為t_k時(shí)刻和t_k-1時(shí)刻辨識(shí)得到的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)，K_k為t_k時(shí)刻的迭代計(jì)算系數(shù)，P_k為t_k時(shí)刻的迭代計(jì)算系數(shù)，P_k-1為t_k-1時(shí)刻的迭代系數(shù)，λ為遺忘因子，取值范圍為0.95～1；本發(fā)明的實(shí)施例中，設(shè)為0.9992。

(4-3)用上述步驟(4-2)中在線辨識(shí)得到電壓處于最低狀態(tài)的單體電池等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)更新電壓處于最低狀態(tài)的單體電池等效電路模型的原內(nèi)阻參數(shù)R_min,ohm隨單體荷電狀態(tài)SOC_min變化的曲線R_min,ohm(j)＝g(SOC_min(j)),其中SOC_min(j)＝1-(j-1)/(M-1)，更新時(shí)的計(jì)算公式為：

其中，R_min,ohm,k-1(j)＝g_k-1(SOC_min(j))為電壓處于最低狀態(tài)的單體電池等效電路模型的原內(nèi)阻參數(shù)R_min,ohm隨的單體荷電狀態(tài)SOC_min變化的曲線，即t_k-1時(shí)刻的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)R_min,ohm隨單體荷電狀態(tài)SOC_min變化的曲線，R_min,ohm,k(j)＝g_k(SOC_min(j))為更新后的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)R_min,ohm隨單體荷電狀態(tài)SOC_min變化的曲線，SOC_min(t_k)為t_k時(shí)刻的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的單體荷電狀態(tài)，R_min,ohm,k-1(SOC_min(t_k))為根據(jù)電壓處于最低狀態(tài)的單體電池等效電路模型的原內(nèi)阻參數(shù)R_min,ohm隨單體荷電狀態(tài)SOC_min變化的曲線R_min,ohm,k-1(j)＝g_k-1(SOC_min(j))線性插值得到的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的單體荷電狀態(tài)為SOC_min(t_k)時(shí)的內(nèi)阻參數(shù)，w_R為系數(shù)，取值范圍為0～1；本發(fā)明的實(shí)施例中，設(shè)為0.1。

(5)設(shè)定一個(gè)剩余放電能量預(yù)測過程中的荷電狀態(tài)預(yù)測間隔ΔSOC，根據(jù)步驟(1)采集的電池組在t時(shí)刻的荷電狀態(tài)SOC_p(t)，以該荷電狀態(tài)預(yù)測間隔ΔSOC為公差，計(jì)算得到一組電池組未來荷電狀態(tài)：

SOC_p,pre,m＝SOC_p(t)-(m-1)×ΔSOC，m＝1,2,3,…

記為電池組未來荷電狀態(tài)序列，其中m為序列號(hào)，同時(shí)根據(jù)步驟(1)采集的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池在t時(shí)刻的荷電狀態(tài)SOC_min(t)，計(jì)算一組電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體荷電狀態(tài)：

SOC_min,pre,m＝SOC_min(t)-(m-1)×ΔSOC，m＝1,2,3,…

記為電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體荷電狀態(tài)，其中m為序列號(hào)；

(6)根據(jù)上述步驟(2)預(yù)測的電池組未來平均輸出功率P_pre、未來溫度變化率ΔT_pre，步驟(3)得到的電池組等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)R_p,ohm隨電池組荷電狀態(tài)SOC_p變化的曲線，以及步驟(5)得到的電池組未來荷電狀態(tài)序列SOC_p,pre,m，預(yù)測電池組未來荷電狀態(tài)序列SOC_p,pre,m(m＝1,2,3,…)對(duì)應(yīng)的電池組未來電壓序列U_tp,pre,m(m＝1,2,3,…)、未來電流序列I_pre,m(m＝1,2,3,…)以及未來溫度序列T_pre,m(m＝1,2,3,…)，具體過程如下：

(6-1)根據(jù)上述步驟(2)預(yù)測的電池組未來溫度變化率ΔT_pre，預(yù)測電池組未來荷電狀態(tài)SOC_p,pre,m對(duì)應(yīng)的電池組未來溫度：

其中，ΔSOC為荷電狀態(tài)預(yù)測間隔，由上述步驟(5)計(jì)算得到，C_min為電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的容量，I_pre,m-1為與電池組未來荷電狀態(tài)SOC_p,pre,m-1相對(duì)應(yīng)的電池組的未來電流；

(6-2)根據(jù)上述步驟(3)得到的電池組等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)內(nèi)阻參數(shù)R_p,ohm隨荷電狀態(tài)SOC_p變化的曲線R_p,ohm(i)＝f(SOC_p(i))，采用線性插值獲得與未來荷電狀態(tài)SOC_p,pre,m相對(duì)應(yīng)的電池組等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)初值R′_p,ohm(SOC_p,pre,m)，根據(jù)上述步驟(6-1)預(yù)測得到的電池組未來溫度T_pre,m，考慮溫度對(duì)電池內(nèi)阻的影響，計(jì)算未來荷電狀態(tài)序列SOC_p,pre,m對(duì)應(yīng)的電池組等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)R_p,ohm(SOC_p,pre,m)：

其中，Ea為電池組等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)隨溫度變化的活化能，通過常規(guī)實(shí)驗(yàn)獲得，本發(fā)明實(shí)施例中設(shè)為24000。R為氣體常數(shù)，T(t)為t時(shí)刻電池組的溫度；

(6-3)根據(jù)上述步驟(2)預(yù)測的電池組未來輸出功率P_pre，計(jì)算電池組的未來電流I_pre,m：

進(jìn)一步計(jì)算得到電池組的未來電壓U_tp,pre,m：

U_tp,pre,m＝OCV(SOC_p,pre,m)-I_pre,m×R_p,ohm(SOC_p,pre,m)；

(6-4)重復(fù)步驟(6-1)～(6-3)，得到電池組未來荷電狀態(tài)序列SOC_p,pre,m，對(duì)應(yīng)的電池組的未來電壓序列U_tp,pre,m，未來電流序列I_pre,m，以及未來溫度序列T_pre,m，其中m為序列號(hào)，m＝1,2,3,…；

(7)根據(jù)上述步驟(4)得到的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)R_min,ohm隨單體荷電狀態(tài)SOC_min變化的曲線，上述步驟(5)得到的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體荷電狀態(tài)序列SOC_min,pre,m，以及步驟(6)預(yù)測的電池組未來電流序列I_pre,m、未來溫度序列T_pre,m，預(yù)測電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體荷電狀態(tài)序列SOC_min,pre,m(m＝1,2,3,…)對(duì)應(yīng)的未來單體電壓序列U_tmin,pre,m(m＝1,2,3,…)，具體過程如下：

(7-1)根據(jù)上述步驟(4)得到的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)R_min,ohm隨單體荷電狀態(tài)SOC_min變化的曲線R_min,ohm(j)＝g(SOC_min(j))，采用線性插值獲得與未來單體荷電狀態(tài)序列SOC_min,pre,m相對(duì)應(yīng)的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)初值R′_min,ohm(SOC_min,pre,m)，根據(jù)上述步驟(6)得到的電池組的未來溫度序列T_pre,m，考慮溫度對(duì)電池內(nèi)阻的影響，計(jì)算電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體荷電狀態(tài)序列SOC_min,pre,m對(duì)應(yīng)的電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)R_min,ohm(SOC_min,pre,m)：

其中，Ea為電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的等效電路模型內(nèi)阻參數(shù)隨溫度變化的活化能，通過常規(guī)實(shí)驗(yàn)獲得，本發(fā)明實(shí)施例中設(shè)為24000。R為氣體常數(shù)，T(t)為電池組t時(shí)刻的溫度；

(7-2)根據(jù)上述步驟(6)中得到電池組的未來電流序列I_pre,m，計(jì)算與電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體荷電狀態(tài)序列SOC_min,pre,m對(duì)應(yīng)的未來單體電壓序列U_tmin,pre,m：

U_tmin,pre,m＝OCV(SOC_min,pre,m)-I_pre,m×R_min,ohm(SOC_min,pre,m)；

(8)根據(jù)上述步驟(6)得到電池組未來溫度序列T_pre,m，確定電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的放電截止條件SOC_lim及V_lim，然后根據(jù)步驟(6)得到的電池組未來電壓序列U_tp,pre,m，計(jì)算電池組的剩余放電能量為：

其中，m為序列號(hào)，C_min為電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的容量，n為電壓處于最低狀態(tài)的單體電池到達(dá)放電截止條件時(shí)，電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的單體電壓序列或單體荷電狀態(tài)序列的序列號(hào)：

n＝max{m|U_tmin,pre,m＞V_lim∩SOC_min,pre,m＞SOC_lim,m＝1,2,3,…}

其中，電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體荷電狀態(tài)序列SOC_min,pre,m由步驟(5)得到，電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體電壓序列U_tmin,pre,m由步驟(7)得到。

參照?qǐng)D6所示電池組剩余放電能量計(jì)算過程的示意圖，對(duì)步驟(8)進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖6中，縱坐標(biāo)為電壓，橫坐標(biāo)軸有兩條，其中最下方帶箭頭的實(shí)線所示為電池組未來荷電狀態(tài)序列坐標(biāo)軸，帶箭頭的點(diǎn)劃線所示為電壓處于最低狀態(tài)的單體電池未來單體荷電狀態(tài)序列坐標(biāo)軸。圖6中的豎直的虛線按照步驟S5中設(shè)定的荷電狀態(tài)預(yù)測間隔ΔSOC將電池組未來荷電狀態(tài)和電壓處于最低狀態(tài)的單體電池未來單體荷電狀態(tài)劃分為若干份，每條虛線與兩個(gè)橫坐標(biāo)軸的交點(diǎn)即為步驟S5中得到的電池組未來荷電狀態(tài)序列SOC_p,pre,m(m＝1,2,3,…)和電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體荷電狀態(tài)序列SOC_min,pre,m(m＝1,2,3,…)。圖6中有兩條電壓曲線，上方的實(shí)線為電池組未來電壓序列隨電池組未來荷電狀態(tài)序列變化的曲線，由步驟(6)得到；點(diǎn)劃線為電壓處于最低狀態(tài)的單體電池未來單體電壓序列隨未來單體荷電狀態(tài)序列變化的曲線，由步驟(7)得到。在進(jìn)行電池組剩余放電能量計(jì)算時(shí)，如圖6中的灰色區(qū)域所示，在電池組未來荷電狀態(tài)序列中，相鄰兩個(gè)電池組未來荷電狀態(tài)(如圖6中的SOC_p,pre,1和SOC_p,pre,2)中電池組釋放的能量為：

ΔE₁≈U_tp,pre,1×ΔSOC×C_min

在計(jì)算過程中，電池組的放電截止時(shí)刻由電壓處于最低狀態(tài)的單體電池決定，當(dāng)電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體電壓或者未來單體荷電狀態(tài)達(dá)到設(shè)定的放電截止條件V_lim及SOC_lim時(shí)，為防止電壓處于最低狀態(tài)的單體電池出現(xiàn)過放電，電池組的放電過程就此停止。本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖6所示，在電壓處于最低狀態(tài)的單體電池的未來單體電壓序列中，當(dāng)序列號(hào)為n時(shí)，未來單體電壓U_tmin,pre,n達(dá)到了設(shè)定的截止電壓V_lim。盡管此時(shí)電池組仍具有較高的電壓，但為了防止電壓處于最低狀態(tài)的單體電池出現(xiàn)過放電，電池組的放電過程就此停止。綜上，電池組的剩余放電能量為各相鄰未來荷電狀態(tài)中電池釋放的能量的加和，即：

基于上述步驟(1)～(8)，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車串聯(lián)電池組剩余放電能量的實(shí)時(shí)預(yù)測。圖7中給出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，實(shí)際運(yùn)行工況下，電池組剩余放電能量的預(yù)測結(jié)果與真實(shí)結(jié)果的對(duì)比圖。其中，圖7(a)為本發(fā)明實(shí)施例的電池組剩余放電能量預(yù)測值與真實(shí)值的的對(duì)比，橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為電池組的剩余放電能量，虛線為利用本發(fā)明的方法預(yù)測得到的電池組剩余放電能量，而實(shí)線為電池組的實(shí)際剩余放電能量，可以看到，在電池組的放電過程中，剩余放電能量的預(yù)測值與真實(shí)值非常接近。圖7(b)為電池組剩余放電能量預(yù)測結(jié)果的誤差，可以看到，本發(fā)明提出的用于電動(dòng)汽車的串聯(lián)電池組剩余放電能量預(yù)測方法可以實(shí)現(xiàn)電池剩余放電能量的精確預(yù)測，預(yù)測誤差小于3％。

另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。