技術(shù)特征：

1.一種用于電動汽車的串聯(lián)電池組剩余放電能量預(yù)測方法，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，對電池組等效電路模型中的內(nèi)阻參數(shù)進(jìn)行辨識，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電池組等效電路模型的內(nèi)阻參數(shù)，迭代計(jì)算公式為：

${\hat{R}}_{p,ohm}\left(t_k\right)={\hat{R}}_{p,ohm}\left(t_{k-1}\right)+K_k\left({\mathrm{OCV}}_p\right(t_k)-U_{tp}(t_k)-I(t_k\left){\hat{R}}_{p,ohm}\right(t_{k-1}\left)\right),$

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：

$R_{p,ohm,k}\left(i\right)=R_{p,ohm,k-1}\left(i\right)+w_R\×\left({\hat{R}}_{p,ohm}\right(t_k)-R_{p,ohm,k-1}({\mathrm{SOC}}_p\left(t_k\right)\left)\right)$

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，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：

${\hat{R}}_{min,ohm}\left(t_k\right)={\hat{R}}_{min,ohm}\left(t_{k-1}\right)+K_k\left({\mathrm{OCV}}_{min}\right(t_k)-U_{t\min }(t_k)-I(t_k\left){\hat{R}}_{min,ohm}\right(t_{k-1}\left)\right),$

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：

$R_{min,ohm,k}\left(j\right)=R_{min,ohm,k-1}\left(j\right)+w_R\×\left({\hat{R}}_{min,ohm}\right(t_k)-R_{min,ohm,k-1}({\mathrm{SOC}}_{min}\left(t_k\right)\left)\right),$

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，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；

(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對應(yīng)的電池組未來溫度：

$T_{pre,m}=T_{pre,m-1}+{\mathrm{\ΔT}}_{pre}\×\frac{\mathrm{\Δ}SOC\·C_{\min }}{I_{pre,m-1}},$

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)：

$R_{p,ohm}\left({\mathrm{SOC}}_{p,pre,m}\right)=R_{p,ohm}^{\′}\left({\mathrm{SOC}}_{p,pre,m}\right)\×\frac{e^{-\frac{Ea}{{\mathrm{RT}}_{pre,m}}}}{e^{-\frac{Ea}{RT\left(t\right)}}},$

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：

$I_{pre,m}=\frac{OCV\left({\mathrm{SOC}}_{pre,m}\right)-\sqrt{OCV{\left({\mathrm{SOC}}_{p,pre,m}\right)}^2-4R_{p,ohm}\left({\mathrm{SOC}}_{p,pre,m}\right)P_{pre}}}{2R_{p,ohm}\left({\mathrm{SOC}}_{p,pre,m}\right)},$

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，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)：

$R_{min,ohm}\left({\mathrm{SOC}}_{min,pre,m}\right)=R_{min,ohm}^{\′}\left({\mathrm{SOC}}_{min,pre,m}\right)\×\frac{e^{-\frac{Ea}{{\mathrm{RT}}_{pre,m}}}}{e^{-\frac{Ea}{RT\left(t\right)}}},$

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：

$E_{RDE}\left(t\right)=\underset{m=1}{\overset{n-1}{\Σ}}{U}_{tp,pre,m}\×\mathrm{\Δ}SOC\×C_{min},$

其中，m為序列號，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:

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。