CN105634041B - 一种电池网络管理方法 - Google Patents

Abstract

一种电池网络管理方法，其特征在于，所述方法包括：获取电池网络的动态开关阵列的状态信息；根据动态开关阵列的状态信息，构建多个单体电池簇的拓扑结构；确定一级起始单体簇；所述一级起始单体簇为与电池网络的总线相连接的单体电池簇；根据拓扑结构中除一级起始单体簇之外的其它单体电池簇之间的连接关系，以及其它单体电池簇与一级起始单体簇之间的连接关系，对拓扑结构进行分级，形成多级簇组；多级簇组之间的连接为树形结构。

Description

一种电池网络管理方法

技术领域

本发明涉及电池网络领域，尤其涉及一种电池网络管理方法。

背景技术

本发明涉及电池网络领域，随着节能减排政策的不断推进，能源互联网、智能电网、分布式可再生能源发电、电动汽车等能源相关的新兴领域得到了快速的发展，同时如数据中心、无线网络等信息领域、智能化建筑等建筑领域等各行各业都在节能减排的大趋势指引下，也在向着绿色化的方向前进。而支撑上述各领域发展的储能技术，是实现能量就地存储、削峰填谷、峰谷用电调配、保障电动汽车性能的关键技术，是满足节能减排重大战略需求的重点发展领域。

在现有各种类储能技术中，电池储能由于其效率、能量密度、放电时间等各方面优势，逐渐成为储能技术的主要发展趋势。目前，无论是运用于分布式可再生能源发电储能还是电动汽车动力电池供电，或是数据中心分布式不间断电源(Uninterruptible PowerSupply，UPS)，无论是以大容量单体电池还是小容量单体电池为基本储能单元，都是以多单体电池成组的方式构成单个电池储能模块或者整个电池储能系统。然而，传统电池成组系统中各单体电池的串并联方式固定不可变，且管理方式往往只能针对各单体电池进行割裂式管理，这将大大影响电池组的整体性能。

目前，学术界已经提出了电池网络的概念，即通过规模开关阵列控制各单体电池之间的连接关系，形成以各单体电池为节点的网络，并将网络的控制与管理思想引入电池网络的管理，实现电池单体与电池网络整体性能的兼顾提升。然而，由于电池的连接存在正负极、串并联的关系，因此相比现有的网络结构更加复杂，同时要实现动态控制管理，需要有效的、可行的电池网络拓扑与串并联关系映射，以及针对电池管理的网络拓扑重构方法，这是面向电池网络的电池管理研究需要解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池网络管理方法，实现由任意电池网络拓扑结构到各单体电池的串并联关系的快速有效识别，即电池网络拓扑与电池串并联关系间的映射，以及有效的实现电池网络拓扑的快速重构，满足电池管理的需求。

第一方面，本发明实施例提供了一种电池网络管理方法，所述方法包括：获取电池网络的动态开关阵列的状态信息；所述动态开关阵列用于控制所述电池网络包括的多个单体电池簇之间的连接关系；

根据所述动态开关阵列的状态信息，构建所述多个单体电池簇的拓扑结构；

确定一级起始单体簇；所述一级起始单体簇为与所述电池网络的总线相连接的单体电池簇；

根据所述拓扑结构中除所述一级起始单体簇之外的其它单体电池簇之间的连接关系，以及所述其它单体电池簇与所述一级起始单体簇之间的连接关系，对所述拓扑结构进行分级，形成多级簇组；所述多级簇组之间的连接为树形结构。

优选的，所述获取电池网络的动态开关阵列的状态信息具体为：

由所述电池网络的信息系统获取所述电池网络的动态开关阵列的状态信息。

优选的，所述单体电池簇包括正节点和负节点，每级所述簇组包括：根簇组和子簇组；每个所述簇组包括：起始单体簇和非起始单体簇；

在所述根簇组中，

所述非起始单体簇为正节点与所述起始单体簇的正节点直接相连，且负节点与所述起始单体簇的负节点直接相连的单体电池簇；或者

所述非起始单体簇为正节点与所述起始单体簇的正节点间接相连，且负节点与所述起始单体簇的负节点间接相连的单体电池簇。

进一步优选的，在所述根簇组中，除所述一级起始单体簇之外的其它各级起始单体簇的正节点，与当前之前一级簇组中任一单体电池簇的负节点相连接。

进一步优选的，在所述子簇组中，所述起始单体簇的正节点，与同级的根簇组中的任一非起始单体簇的正节点相连接。

进一步优选的，所述起始单体簇的负节点，仅与同级簇组中的非起始单体簇的负节点相连接。

本发明提供的一种电池网络管理方法，首先获取动态开关阵列的状态信息，根据电池网络的动态开关阵列状态信息，构建电池网络拓扑结构；确定一级起始单体簇、其他起始单体簇以及多级簇组，从而构建树形结构。进而对树形结构进行更新。通过该方法能够有效地实现电池网络拓扑的快速重构，满足电池管理需求。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的电池网络管理方法流程图；

图2为本发明实施例一提供的电池网络拓扑结构图；

图3为本发明实施例一提供的树形结构图；

图4为本发明实施例一提供的树形结构简化图；

图5为本发明实施例一提供的更新树形结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明实施例1中的电池网络管理方法流程图，如图1所示，本发明实施例具体包括以下步骤：

步骤101，获取电池网络的动态开关阵列的状态信息；

具体的，通过电池网络的信息系统，确定动态开关阵列中的所有动态开关的状态为闭合或者关断，从而获取动态信息。其中，动态开关阵列用于控制电池网络中单体电池簇之间的连接关系。

步骤102，根据动态开关阵列的状态信息，构建多个单体电池簇的拓扑结构；

具体的，将单体电池的正极和负极分别映射为单体电池簇的正节点和负节点。根据相邻单体电池的正负极间的开关状态，对应的连接单体电池簇的正节点或负节点。

在一个具体的例子中，当某一单体电池的正极与相邻的单体电池正极之间的开关闭合时，则将对应的两个单体电池簇的正节点连接。若开关为断开状态，则在两个单体电池簇的正节点之间不做任何处理。负节点之间的连接关系同正节点之间的连接关系类似。若某一单体电池的正极与另一单体电池的负极之间含有一个开关时，同样道理，若开关闭合，则在对应单体电池正极的单体电池簇的正节点与对应另一单体电池的单体电池簇的负节点之间连接。进而，将所有单体电池的正负极之间的连接关系，根据状态开关阵列的闭合或者断开状态，对应的映射为单体电池簇的正负节点间的连接关系，构建多个单体电池簇的拓扑结构图。

步骤103，确定一级起始单体簇；

具体的，一级起始单体簇为与电池网络的总线(总线包括正节点总线，或者负节点总线)相连接的单体电池簇。一级起始单体簇包括：正节点与电池网络的正节点总线相连接的单体电池簇；或者负节点与电池网络的负节点总线相连接的单体电池簇。

步骤104，根据拓扑结构中除一级起始单体簇之外的其它单体电池簇之间的连接关系，以及其它单体电池簇与一级起始单体簇之间的连接关系，对拓扑结构进行分级，形成多级簇组。

具体的，每级簇组都可以包括根簇组和子簇组，或者仅包括根簇组；每个簇组包括：起始单体簇和非起始单体簇。

在根簇组中，除一级起始单体簇以外的其他各级起始单体簇为：正节点与当前之前一级簇组中任一单体电池簇的负节点相连接，并且，负节点仅与同级簇组中的非起始单体簇的负节点相连接的单体电池簇。

在子簇组中，起始单体簇的正节点与同级的根簇组中的任一非起始单体簇的正节点相连接。并且，起始单体簇的负节点，仅与同级簇组中的非起始单体簇的负节点相连接。另外，若多个同级簇组具有相同的单体电池簇时，则可以合并多个同级簇组为一个簇组。

在根簇组或子簇组中，非起始单体簇为：正节点与起始单体簇的正节点直接相连，且负节点与起始单体簇的负节点直接相连的单体电池簇；或者正节点与起始单体簇的正节点间接相连，且负节点与起始单体簇的负节点间接相连的单体电池簇。

由上述多级簇组之间连接，形成一个树形结构。

在一个优选的例子中，当多个同级簇组具有相同的根节点(同时与多个同级簇组相连接的上一级簇组)与子节点(同时与多个同级簇组相连接的下一级簇组)时，则将这几个同级簇组的节点组合并为一个簇组节点。并且，合并前的多个同级簇组的根节点和子节点同为合并后簇组的根节点与子节点。在树形结构中，各级簇组内部的单体电池簇之间的节点连接关系为并联；上下级之间直接相连的单体电池簇的节点连接关系为串联关系。

为更好的理解本发明所述的电池网络管理方法，下面结合图2所示，以一级簇组和二级簇组构成的电池网络拓扑结构图为例进行说明。其中，如图2所示的一级簇组1和一级簇组2为一级根簇组，一级簇组3为一级子簇组；二级簇组1，二级簇组2和二级簇组3为二级根簇组。

图中黑色节点为正节点，白色节点为负节点。

在一级根簇组中，一级簇组1中，正节点直接与总线连接的单体电池簇为一级起始单体簇1；正节点与一级起始单体簇1的正节点直接或者间接相连，负节点与一级起始单体簇1的负节点直接或者间接相连的单体电池簇，组成了一级簇组1；一级簇组2中，正节点直接与总线连接的单体电池簇为一级起始单体簇2，正节点与一级起始单体簇2的正节点直接或者间接相连，负节点与一级起始单体簇2的负节点直接或者间接相连的单体电池簇，组成了一级簇组2。

在一级子簇组中，正节点与一级簇组2中非起始单体簇的正节点相连接，负节点仅与一级簇组3中非起始单体簇的负节点相连接的单体电池簇为一级起始单体簇3。正节点与一级起始单体簇3的正节点相连接，负节点与一级起始单体簇3的负节点相连接的单体电池簇，与一级起始单体簇3构成一级簇组3。

在二级根簇组中，正节点与一级簇组1中的非起始簇的负节点相连接，且负节点仅与本级簇组中的单体电池簇的负节点相连接的单体电池簇为二级起始单体簇1。

正节点与一级簇组2中的非起始单体簇的负节点相连接，且负节点仅与本级簇组中的单体电池簇的负节点相连接的为二级起始单体簇2。

在图中，可知，二级起始单体簇1的正节点与二级起始单体簇2的正节点间接连接，二级起始单体簇1的负节点与二级起始单体簇2的负节点间接连接，所以二级起始单体簇1与二级起始单体簇2为同一级簇组，即二级簇组1，并且正节点与二级起始单体簇1或者二级起始单体簇2的正节点直接或者间接相连，负节点与二级起始单体簇1或者二级起始单体簇2的负节点直接或者间接相连的单体电池簇，共同组成了二级簇组1。

正节点与一级簇组2中的另一非起始单体簇的负节点相连接，且负节点仅与本级簇组中的单体电池簇的负节点相连接的为二级起始单体簇3。

正节点与二级起始单体簇3的正节点直接或者间接相连，负节点与二级起始单体簇3的负节点直接或者间接相连的单体电池簇，组成了二级簇组2。

正节点与一级簇组3中的非起始单体簇的负节点相连接，且负节点仅与本级簇组中的单体电池簇的负节点相连接的为二级起始单体簇4。

正节点与二级起始单体簇4的正节点直接或者间接相连，负节点与二级起始单体簇4的负节点直接或者间接相连的单体电池簇，组成了二级簇组3。

由上述簇组之间的连接关系，构成了一个如图3所示的树形结构。根节点(即总线节点)分别连接一级簇组1、一级簇组2和一级簇组3(一级簇组3与总线节点虽然是间接连接，但也属于一级簇组，所以将一级簇组3的节点在树形结构中也相当于连接在根节点上)。一级簇组1和一级簇组2有一个共同的子节点二级簇组1；一级簇组2的另一个子节点为二级簇组2，一级簇组3的子节点为二级簇组3。由于一级簇组1和一级簇组2共同有一个根节点(总线节点)和一个子节点(二级簇组1)，因此，一级簇组1和一级簇组2可以合并为一个簇组，并且，合并后的簇组的根节点仍为总线结点，子节点为二级簇组1和二级簇组2，合并后的树形结构示意图如图4所示。

在具体实际应用中，考虑到单体电池的差异性和状态的不同，对合并后的树形结构还需要根据电池组的管理需求进行进一步更新。

在一个具体的例子中，考虑到单体电池存在的差异性，为了均衡管理单体电池，还需要再次更新树形结构：具体的，如图5所示，充电时，由于单体电池存在差异性，当部分单体电池(如图5中一级簇组1中的第二个单体电池和二级簇组4中的第三个单体电池)已经进入涓流充电阶段，需要进行小电流充电时，其他部分单体电池(尤其是与前述单体电池并联的单体电池，如图5中一级簇组1中的第一、三和四个单体电池，以及二级簇组4中的第一、二和四个单体电池)仍处于快速充电阶段，充电电流较大；或者在放电时，各电池单体的电荷状态(state of charge，SOC)出现高低差别。此时，则需要将小电流充电/或者放电的单体电池通过调整开关的闭合或者断开，使其连接到总通过较小电流的电池组(二级簇组2)中。映射到电池簇的节点上，就是从原属簇组中的电池簇节点移至总通过电流较小电流的电池组对应的簇节点上，使得各级簇组之间的连接关系改变，进而更新树形结构。

在另一具体的例子中，考虑将即将进入过充/过放状态的单体电池进行隔离的情况。若所需隔离的单体电池所在的电池簇组的树节点包含的单体电池数大于1，则该单体电池处于并联状态，则将该单体电池断开，从而进行隔离；若所需隔离的单体电池所在的电池簇组的树节点仅包含该单体电池，则说明该单体电池处于串联状态，则将与其并联的单体电池的开关闭合，从而实现隔离。

本发明提供的一种电池网络管理方法，根据电池网络的动态开关阵列状态信息，构建电池网络拓扑结构，实现了由任意电池网络拓扑结构到各单体电池的串并联关系的快速有效识别，即电池网络拓扑与电池串并联关系间的映射。并且根据电池管理的需求，不断对树形结构进行更新，有效的实现电池网络拓扑的快速重构。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电池网络管理方法，其特征在于，所述方法包括：

获取电池网络的动态开关阵列的状态信息；所述动态开关阵列用于控制所述电池网络包括的多个单体电池簇之间的连接关系；

根据所述动态开关阵列的状态信息，构建所述多个单体电池簇的拓扑结构；

确定一级起始单体簇；所述一级起始单体簇为与所述电池网络的总线相连接的单体电池簇；

根据所述拓扑结构中除所述一级起始单体簇之外的其它单体电池簇之间的连接关系，以及所述其它单体电池簇与所述一级起始单体簇之间的连接关系，对所述拓扑结构进行分级，形成多级簇组；所述多级簇组之间的连接为树形结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取电池网络的动态开关阵列的状态信息具体为：

由所述电池网络的信息系统获取所述电池网络的动态开关阵列的状态信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单体电池簇包括正节点和负节点，每级所述簇组包括：根簇组和子簇组；每个所述簇组包括：起始单体簇和非起始单体簇；

在所述根簇组中，

所述非起始单体簇为正节点与所述起始单体簇的正节点直接相连，且负节点与所述起始单体簇的负节点直接相连的单体电池簇；或者

所述非起始单体簇为正节点与所述起始单体簇的正节点间接相连，且负节点与所述起始单体簇的负节点间接相连的单体电池簇。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述根簇组中，除所述一级起始单体簇之外的其它各级起始单体簇的正节点，与当前之前一级簇组中任一单体电池簇的负节点相连接。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述子簇组中，所述起始单体簇的正节点，与同级的根簇组中的任一非起始单体簇的正节点相连接。

6.根据权利要求3-5任一所述的方法，其特征在于，所述起始单体簇的负节点，仅与同级簇组中的非起始单体簇的负节点相连接。