CN101834320B - 电池调度方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电池调度方法和装置。其中调度方法包括以下步骤：根据任务执行所需电流大小进行排序，得到排序结果S(k)，其中，k∈1..M，M为任务的个数；根据任务执行时间大小进行排序，得到排序结果R(k)，其中，k∈1..M，M为任务的个数；和根据所述排序结果S(k)和R(k)得到多电池的调度矩阵。通过本发明提出的基于电池空闲时间的电池调度算法，可以有效提高计算效率，以极低的计算复杂度获得很高的电池效率，能够明显降低电荷损失，延长电池的使用时间。另外本发明操作简单，具有广阔的应用前景。

Description

电池调度方法和装置

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种用于多电池供电系统的基于空闲时间的电池调度方法和装置。

背景技术

目前，多电池或多个电池cell驱动的电子系统越来越多，尤其是在移动设备领域，如便携式电脑，智能手机等，采用多电池供电可以增加电池供电的总容量，从而提高系统的待机时间。尽管如此，高性能的计算所带来的能耗需求和有限的电池容量之间仍然存在严重的矛盾，尤其是市面上的多电池供电系统效率非常低，这使得提高多电池供电系统的能量利用效率，延长电池使用时间成为重要的设计目标之一。

由于实际电池并不是理想电容，而是存在着一些非理想效应，例如放电电流过大会使得能量转化效率下降(称为比率容量效应，rate-capacity effect)，放电过程中插入适当的空闲时间会使电池可提高的有效电荷增多(称为恢复效应，recovery effect)，等等。这些非理想效应的存在，使得电池的使用时间严重依赖于放电电流的分布情况。

多电池供电系统的应用是由一系列任务组成，很多情况下，这些任务有着不同的任务属性，包括任务执行所需电流，任务执行所需时间以及任务开始的执行时间。当任务集合到来的时候，多电池供电系统开始工作，在这里我们研究的是在这个供电系统里，每个电池都可以单独供电，这也是能够进行电池切换的前提条件，当任务集合中的任务由一块电池供电的时候，其他电池没有工作，相当于其处于空闲状态，而当下一个任务执行的时候，综合考虑任务的属性以及电池的特性，选择另外一块电池供电，让当前供电电池进行休息，从而恢复电荷。如此下去，直到所有任务完成。那么合理的电池调度方法，当然可以恢复更多的有效电荷，从而延长电池的使用时间。

基于空闲时间的多电池调度的实现需要对电池特性的理解，通过对电池特性的分析得出一下基本的性质，为多电池调度提供指导依据，这些基本性质包括：

性质1：给定任务集合，如果任务执行时间确定，那么任务执行时间越大，电池电荷损耗代价就越大。

性质2：针对整个任务集合，如果总的执行时间越大，则任务执行所产生的电池电荷损耗代价就越小。

性质3：如果任务的开始执行时间和整个任务集总的执行时间增加一样大，则电池电荷损耗代价保持不变。

其中，性质1关注的是任务的开始执行时间，性质2关注的是整个任务集合的总的执行时间，性质3则关注两个因素综合在一起所产生的影响。这三个性质可以很好地解释前面提到电池的非理想效应(恢复效应)：在放电过程中插入空闲时间可以使电池有效电荷增多。本发明充分考虑这一效应，优化电池调度，让电池能够以合理，高效的方式进行休息，从而产生更多的有效电荷。

目前，多电池调度研究在国内尚属空白，而国际上目前的研究在效率优化力度上还不够，调度方法过于简单，缺乏理论依据，这主要是由于以下两个原因，一是没有考虑电池的非线性特性，二是对任务本身的属性没有充分理解和运用。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷，特别是提出一种用于多电池供电系统的基于空闲时间的电池调度方法和装置。

为达到上述目的，本发明一方面提出一种电池调度方法，包括以下步骤：根据任务执行所需电流大小进行排序，得到排序结果S(k)，其中，k∈1..M，M为任务的个数；根据任务执行时间大小进行排序，得到排序结果R(k)，其中，k∈1..M，M为任务的个数；和根据所述排序结果S(k)和R(k)得到多电池的调度矩阵。

在本发明的一个实施例中，所述根据排序结果S(k)和R(k)得到多电池的调度矩阵依据以下第一原则：对于当前任务，如果它已经有分配的电池给它供电，则如果存在下一个可行的任务需要分配电池供电，则为下一个可行的任务选择分配任务最少的电池，且对于分配给当前任务的电池不再分配给所述下一个可行的任务。

在本发明的一个实施例中，所述下一个可行的任务为在所述当前任务执行之后且还未分配电池供电的任务。

在本发明的一个实施例中，所述根据排序结果S(k)和R(k)得到多电池的调度矩阵包括：第一次遍历所述排序结果S(k)，为任务执行所需电流最大的任务分配电池；根据所述排序结果R(k)，选择所述所需电流最大的任务之后的下一个可行任务并根据所述第一原则为所述下一个可行任务分配电池；继续在所述排序结果R(k)查找下一个可行任务，直至遍历结束，并将已分配电池的任务标记为不可行。

在本发明的一个实施例中，在R(k)遍历结束，并将已分配电池的任务标记为不可行之后，还包括：再次遍历所述排序结果S(k)，排除已标记为不可行的任务之后选择所需电流最大的任务分配电池；根据所述排序结果R(k)，选择此次所需电流最大的任务之后的下一个可行任务并根据所述第一原则为所述下一个可行任务分配电池；继续在所述排序结果R(k)查找下一个可行任务，直至遍历结束，并将已分配电池的任务标记为不可行。

在本发明的一个实施例中，其中，如果所述排序结果S(k)中所有的元素已经被标记为不可行，则停止电池调度遍历，输出所述调度矩阵。

本发明另一方面还提出了一种电池调度装置，包括：第一排序模块，用于根据任务执行所需电流大小进行排序，得到排序结果S(k)，其中，k∈1..M，M为任务的个数；第二排序模块，用于根据任务执行时间大小进行排序，得到排序结果R(k)，其中，k∈1..M，M为任务的个数；和调度模块，用于根据所述排序结果S(k)和R(k)得到多电池的调度矩阵。

在本发明的一个实施例中，所述调度模块依据以下第一原则得到多电池的调度矩阵：对于当前任务，如果它已经有分配的电池给它供电，则如果存在下一个可行的任务需要分配电池供电，则为下一个可行的任务选择分配任务最少的电池，且对于分配给当前任务的电池不再分配给所述下一个可行的任务。

在本发明的一个实施例中，所述下一个可行的任务为在所述当前任务执行之后且还未分配电池供电的任务。

通过本发明提出的基于电池空闲时间的电池调度算法，可以有效提高计算效率，以极低的计算复杂度获得很高的电池效率，能够明显降低电荷损失，延长电池的使用时间。另外本发明操作简单，具有广阔的应用前景。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的电池调度方法流程图；

图2为本发明实施例的电池调度方法流程图；

图3为任务执行序列中各个任务对应的执行时间，执行电流和开始执行时间；

图4为本发明实施例电池调度示意图；

图5为本发明实施例的调度矩阵f示意图；

图6为本发明实施例的电池调度装置结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明是针对多电池供电系统上的电池调度，而提出的一种基于电池空闲时间的电池调度算法(Idle Time based Heuristic algorithm，ItbHA)，它是一种能显著提高计算效率的新颖的算法，可以以极低的计算复杂度获得很高的电池效率，明显延长电池的使用时间。

如图1所示，为本发明实施例的电池调度方法流程图，包括以下步骤：

步骤S101，根据任务执行所需电流大小进行排序，得到排序结果S(k)，其中，k∈1..M，M为任务的个数。具体地，根据任务的执行电流的大小，对任务进行降序排列，设序列为S(k)，k∈1...M，M表示任务的数目，S(k)表示任务的序号，k越大，表示S(k)任务的执行电流越小。尽管对任务进行了排序，但是任务的执行顺序仍然保持不变，序列S相当于一个索引。

步骤S102，根据任务执行时间大小进行排序，得到排序结果R(k)，其中，k∈1..M，M为任务的个数。具体地，根据任务执行时间大小，对任务进行降序排列，设序列为R(k)，k∈1..M，M表示任务的数目，R(k)表示任务的序号，k越大，表示R(k)任务的执行时间越小。同上，重排序不影响任务集合本身的执行顺序。

步骤S103，根据排序结果S(k)和R(k)得到多电池的调度矩阵。在本发明的一个实施例中，根据排序结果S(k)和R(k)得到多电池的调度矩阵需要依据以下第一原则：对于当前任务，如果它已经有分配的电池给它供电，则如果存在下一个可行的任务需要分配电池供电，则为下一个可行的任务选择分配任务最少的电池，这样选择分配任务最少的电池可会产生最佳的效益，且对于分配给当前任务的电池不再分配给所述下一个可行的任务。其中，下一个可行的任务为在当前任务执行之后且还未分配电池供电的任务。

具体地，电池调度流程包括：

(1)、输入S(k)、R(k)、M和N，其中N表示电池的个数，k∈1..M。

(2)、初始化：Step＝1，Index＝1，Index_p＝0。

(3)、如果Step小于等于M，继续执行。如果不成立转(14)。

(4)、如果遍历标志为真且任务S(Step)是可行的，则Index＝S(Step)，Step＝Step+1。转(6)，否则转(5)。

(5)、Index＝Index_p。

(6)、如果遍历标志为新且任务S(Step)是可行的，则根据法则1进行电池切换。

(7)、Index_p＝Index。

(8)、k＝1，如果k小于等于M，则转(9)，否则转(3)。

(9)、如果R(k)大于Index且任务S(Step)是可行的，继续执行，否则转(13)。

(10)、根据法则1进行电池切换。

(11)、Index_p＝R(k)。

(12)、设置遍历标志为假，标记已分配电池供电的任务为不可行，转到(3)。

(13)、设置遍历标志为真，转(8)。

(14)、输出调度矩阵f。

为了能对本发明上述实施例有更清楚的认识，以下就以具体举例的方式进行详细的描述。其中，在该例子中，图2为本发明实施例所举例的一个任务执行序列，任务序号为1～5，任务的执行时间，执行电流和开始执行时间可以从图3中明显看出。图3为任务执行序列中各个任务对应的执行时间，执行电流和开始执行时间。假设多电池供电系统的电池数目为2，下面将介绍如何分配任务到电池上的具体实施方法。首先，根据任务执行所需电流大小进行排序，如图3，任务的执行电流满足I2＞I5＞I3＞I1＞I4，根据任务的执行电流排序，得出S＝[2，5，3，1，4]。再根据任务执行时间大小进行排序，如图3，任务的执行时间满足Δ4＞Δ2＞Δ3＞Δ5＞Δ1，根据任务的执行时间，得出R＝[4，2，3，5，1]。之后根据序列S、序列R以及上述第一原则进行电池调度，并输出调度矩阵。

具体地，同时参考图4，为本发明实施例电池调度示意图，首先由序列S，因为是第一次遍历，因此遍历标志为真，从电池中随机选择电池1给任务2。此后，根据R序列，因为任务4在任务2执行之后，且还没有分配供电电池，因此它是可行任务，此时电池1上已经分配了一个任务，而电池2还没有任务，根据法则1，选择电池2给任务4供电。继续遍历序列R，发现任务5是可行任务，此时，尽管两个电池上分配的任务数相等，均为1，但是根据法则1，当前任务的供电电池，也即电池2不参与下一个任务的分配，因此选择电池1。此时，根据序列R，已经没有可行任务，此次遍历结束，标记所有已经分配电池的任务为不可行。

接着，开始下一轮新的遍历，由序列S，2，5已经被标记为不可行，因此取任务3，因为此时电池2供电任务数目最少，故选择电池2给任务3供电。遍历序列R，发现此轮遍历无可行任务。终止此轮遍历，标记任务3为不可行任务。

开始新一轮遍历，根据序列S，因为2，5，3已经标记不可行，遍历到任务1，此时根据法则1，选择电池1给电池1供电。因为在R中没有可行任务，终止遍历，标记任务。

开始新一轮遍历，根据序列S，因为所有的元素已经标记为不可行，所以分配完毕，终止电池调度遍历，输出调度矩阵f，如图5所示为本发明实施例的调度矩阵f示意图。通过本发明实施例得到的分配结果与用全局搜索的方法获得的调度是一样的，但是本发明在执行效率上却是远远超过全局搜索。

本发明还提出了一种相应的电池调度装置，如图6所示，为本发明实施例的电池调度装置结构图。该电池调度装置100包括第一排序模块110、第二排序模块120和调度模块130。第一排序模块110用于根据任务执行所需电流大小进行排序，得到排序结果S(k)，其中，k∈1..M，M为任务的个数。第二排序模块120用于根据任务执行时间大小进行排序，得到排序结果R(k)，其中，k∈1..M，M为任务的个数。调度模块130用于根据所述排序结果S(k)和R(k)得到多电池的调度矩阵。

在本发明的一个实施例中，调度模块130依据以下第一原则得到多电池的调度矩阵：对于当前任务，如果它已经有分配的电池给它供电，则如果存在下一个可行的任务需要分配电池供电，则为下一个可行的任务选择分配任务最少的电池，且对于分配给当前任务的电池不再分配给所述下一个可行的任务。其中，下一个可行的任务为在所述当前任务执行之后且还未分配电池供电的任务。

通过本发明提出的基于电池空闲时间的电池调度算法，可以有效提高计算效率，以极低的计算复杂度获得很高的电池效率，能够明显降低电荷损失，延长电池的使用时间。另外本发明操作简单，具有广阔的应用前景。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (2)

1.一种电池调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据任务执行所需电流大小进行排序，得到排序结果S(k)，其中，k∈1..M，M为任务的个数；

根据任务执行时间大小进行排序，得到排序结果R(k)，其中，k∈1..M，M为任务的个数；和

根据所述排序结果S(k)和R(k)得到多电池的调度矩阵，

其中，所述根据排序结果S(k)和R(k)得到多电池的调度矩阵依据以下第一原则：

对于当前任务，如果它已经有分配的电池给它供电，则如果存在下一个可行的任务需要分配电池供电，则为下一个可行的任务选择分配任务最少的电池，且对于分配给当前任务的电池不再分配给所述下一个可行的任务，

其中，所述下一个可行的任务为在所述当前任务执行之后且还未分配电池供电的任务，

其中，所述根据排序结果S(k)和R(k)得到多电池的调度矩阵包括：

第一次遍历所述排序结果S(k)，为任务执行所需电流最大的任务分配电池；

根据所述排序结果R(k)，选择所述所需电流最大的任务之后的下一个可行任务并根据所述第一原则为所述下一个可行任务分配电池；以及

继续在所述排序结果R(k)查找下一个可行任务，直至遍历结束，并将已分配电池的任务标记为不可行，

其中，在R(k)遍历结束，并将已分配电池的任务标记为不可行之后，还包括：

再次遍历所述排序结果S(k)，排除已标记为不可行的任务之后选择所需电流最大的任务分配电池；

根据所述排序结果R(k)，选择此次所需电流最大的任务之后的下一个可行任务并根据所述第一原则为所述下一个可行任务分配电池；以及

继续在所述排序结果R(k)查找下一个可行任务，直至遍历结束，并将已分配电池的任务标记为不可行，

其中，如果所述排序结果S(k)中所有的元素已经被标记为不可行，则停止电池调度遍历，输出所述调度矩阵。

2.一种电池调度装置，其特征在于，包括：

第一排序模块，用于根据任务执行所需电流大小进行排序，得到排序结果S(k)，其中，k∈1..M，M为任务的个数；

第二排序模块，用于根据任务执行时间大小进行排序，得到排序结果R(k)，其中，k∈1..M，M为任务的个数；和

调度模块，用于根据所述排序结果S(k)和R(k)得到多电池的调度矩阵，其中，

所述调度模块依据以下第一原则得到多电池的调度矩阵：

对于当前任务，如果它已经有分配的电池给它供电，则如果存在下一个可行的任务需要分配电池供电，则为下一个可行的任务选择分配任务最少的电池，且对于分配给当前任务的电池不再分配给所述下一个可行的任务，

其中，所述下一个可行的任务为在所述当前任务执行之后且还未分配电池供电的任务。

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