CN111347927B - 一种免疫短路风险的可重构电池组开关控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种免疫短路风险的可重构电池组开关控制方法，所述方法包括以下步骤：S1：通过离线设计获得最简路径表、短路路径表；S2：根据离线设计最终形成的最简路径表和短路路径表，对可重构电池组的开关进行在线控制。本发明能够根据广义连接矩阵确定短路路径表，避免单个电池单元短路，避免多个电池单元串联后短路。本发明所述方法通过广义连接矩阵确定最简路径表，只需要确定负载的工作电压，即可确定重构开关的工作状态。本发明有效避免了可重构电池组的短路风险，将有助于推动可重构电池组的实际应用。

Description

一种免疫短路风险的可重构电池组开关控制方法

技术领域

本发明涉及电池组能量管理领域，更具体地，涉及一种免疫短路风险的可重构电池组开关控制方法。

背景技术

现有电动汽车一般采用锂离子电池组提供固定电压，然后通过改变电力电子变换器的输出占空比，来输出幅值可调的电压，从而调节电机转速。由于单体锂离子电池的电压和容量较小，通常需要将多个电池单元串并联形成电池组。例如，特斯拉电动汽车的电池组包含7104个电池单元，这些电池单元之间采用固定的串并联方式。这种方式存在以下问题：

①各个电池单元之间的容量存在差异，导致固定连接电池组的最大供储能能力由其中性能最差的电池单元决定；

②各个电池单元之间的参数存在差异，导致相同放电电流条件下部分内阻过大的电池单体过热，影响电池寿命，甚至引发热失控或爆炸；

③电力电子变换器的高频开关导致开关损耗，同时产生电磁干扰和辐射，影响其他电气设备的可靠运行和乘客的身体健康。

在电动汽车中采用可重构电池组驱动电机，取代固定连接方式的电池组和电力电子变换器，可解决上述问题：①可动态调整电池单元之间的连接方式，也可动态旁路过充过放的电池单元，从而克服电池单元的容量差异对整个电池组容量的影响；②可旁路过热电池，避免热失控和爆炸；③可灵活调整电池单元之间的串并联方式产生负载所需的电压，从而避免高频开关导致的开关损耗、电磁干扰和辐射等问题。

图1为一种可重构电池组的电路结构。该电路中包含大量开关，控制较为复杂，且开关控制不当时容易引发电池单元短路。因此，如何根据负载所需电压，决定电路中各个开关的工作状态，避免潜在的短路风险，是亟待解决的问题。

为实现对可重构电池组内部开关的有效控制，目前主要采用将可重构电池组绘制为对应的有向图，并在此基础上进行分析。如图2所示，针对由5个电池单元组成的可重构电池组，其开关控制策略设计过程如下：①将每一个电池单元绘制为有向图中的一个点，即将图2的(a)中的电池单元B1～B5绘制为图2的(b)中的顶点n1～n5。②将所有电池单元之间存在的每一条连接通路绘制为有向图中的一条边，例如，图2的(a)中电池单元B5的正极存在分别连接其他电池单元B1～B4的通路，以及连接到整个电池组正负端的通路，因此图2的(b)中顶点n5存在6条通路，分别连接顶点n1～n4，以及顶点n+和n-；采用同样的方法，可根据图2的(a)中电池单元B1～B4存在的通路，绘制出图2的(b)中顶点n1～n4的边；③采用计算机搜索图2的(b)中满足负载电压要求的最大不相交路径，通过避免路径相交来保证一个电池单元不要被多条串联支路复用，从而防止电池单元过流。

现有可重构电池组的有向图绘制方法和开关控制策略，存在以下问题：①将一个电池单元绘制为一个顶点，无法体现出每个电池单元的正极和负极；②对于两个电池单元之间的连接通路，不管其存在多少个开关，均绘制为一条边，导致一条边上可能包含一个或多个开关，而且同一个开关也可能同时属于多条边。这些问题，导致了现有的可重构电池组开关控制策略存在电池单元短路的风险。例如，在图2的(b)中，采用现有技术的有向图绘制方法和最大不相交路径搜索策略，会得到如下重构控制方案：B1和B5串联、B2和B3串联，然后一起并联对负载供电，即采用通路n-→n5→n1→n+和n-→n3→n2→n+。由图2的(b)可见，每一个电池单元最多只属于一条通路，满足现有技术的最大不相交路径原则。然而，由图2的(a)可见，按n-→n5→n1→n+和n-→n3→n2→n+的通路来控制可重构电池组的开关时，开关S21和S32会同时闭合，导致电池单元B2短路。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的可重构电池组开关控制策略存在电池单元短路的风险的缺陷，提供一种免疫短路风险的可重构电池组开关控制方法。

所述方法包括以下步骤：

S1：通过离线设计获得最简路径表、短路路径表；

S2：根据离线设计最终形成的最简路径表和短路路径表，对可重构电池组的开关进行在线控制。

本发明可根据负载所需电压，自动计算出电池组中所有开关的开关状态，具体分为离线设计和在线控制两部分，离线设计的目标是获得最简路径表、短路路径表，这两个路径表决定于电路的具体结构，可通过离线计算获得，在后续在线控制中不需要再次计算，保证了控制方法的实时性。

优选地，S1包括以下步骤：

S1.1：绘制有向图并获得广义连接矩阵；

S1.2：计算广义连接矩阵的代数余子式，获得连接电池组正负端的所有路径；

S1.3：依次剔除虚假路径、短路路径和复杂路径，获得最简路径表；

S1.4：计算广义连接矩阵的代数余子式，获得导致单个电池单元短路的所有路径，并生成短路路径表；

S1.5：计算广义连接矩阵的代数余子式，获得导致电池单元串联后短路的所有路径，并生成短路路径表。

优选地，S1.1具体为：

将电路图中所有元器件的连接节点都绘制为有向图的顶点，其中令整个电池组的正端和负端分别对应第一个顶点和最后一个顶点，将电路图中所有元器件都绘制为有向图的边；

根据有向图形成广义连接矩阵：广义连接矩阵对角线上的元素，表示各个顶点到自身的路径，定义为1；广义连接矩阵非对角线上的元素X_ij，定义为顶点i和j之间对应的元器件的符号，若顶点i和j之间不存在元器件，则对应位置的元素定义为0。

优选地，S1.3包括以下步骤：

S1.3.1：搜索和剔除虚假路径：搜索对比所有潜在路径，找出包含了其他路径的路径，将其视为虚假路径并剔除；

S1.3.2：搜索和剔除短路路径：搜索不包含电池单元的路径，将其视为短路路径并剔除；

其中，短路路径的特点是只包含开关不包含电池单元，这类路径会造成电池组所带的负载短路；

S1.3.3：搜索和剔除复杂路径：搜索对比包含相同电池单元的路径，找出其中包含开关数量最少的路径作为最简路径，将其余的路径视为复杂路径并剔除。

优选地，S1.4具体为：

设某个电池单元正负极所在顶点为n_p、n_n，针对S1.1中的广义连接矩阵，计算其第p行第n列元素的代数余子式的值，获得该电池单元正负极之间的所有路径，采用S1.3中所述方法剔除虚假路径然后找到只包含开关的短路路径。

优选地，S1.5具体为：假定若干个电池单元串联组合后，其中第一个电池单元正极所在顶点为n_ps，最后一个电池单元负极所在顶点为n_ne，针对S1.1中的广义连接矩阵，计算其第n_ps行第n_ne列元素的代数余子式的值，获得这些电池串联后第一个电池单元正极和最后一个电池单元负极之间的所有路径，采用S1.3中的方法剔除虚假路径然后找到只包含开关的短路路径。

优选地，S2包括以下步骤：

S2.1：采集各电池组单元的电压，并以此计算S1.3所述路径表中各条最简路径的总电压，形成最简路径电压表；

S2.2：根据最简路径电压表，搜索满足负载电压要求的最大不相交路径；

S2.3：根据短路路径表，搜索并剔除最大不相交路径中会引发短路的路径，形成不会引发短路的开关集合；

S2.4：根据不会引发短路的开关集合，控制可重构电池组中的对应开关闭合。

优选地，S2.1中控制器通过电压传感器采集各个电池单元的端电压，得到可重构电池组的电池电压矢量集合：

V＝[V₁,V₂,…,V_N]

其中，N为电池单元的数量，V₁、V₂、V_N分别为第一个电池单元的端电压、第二个电池单元的端电压、第N电池单元的端电压。

控制器查询最简路径表，根据最简路径所包含的电池单元，计算出每条路径的电压，形成最简路径电压表。

优选地，S2.2具体为：

控制器根据可重构电池组所带负载要求的电压区间[V_min,V_max]，通过查询最简路径电压表中的路径电压，确定满足负载电压区间的路径集合如下：

P_in＝[P'₁,P'₂,…,P'_s]

其中，s为符合负载电压区间的路径数量；P'₁、P'₂、P'_s分别为满足负载电压区间的第一条路径、第二条路径、第s条路径。

在集合P_in中，每一条路径上的电压都满足负载的电压要求；

但是，不同的路径可能包含相同的电池，为防止电池单元通过多条路径接入而导致过流，寻找P_in中的最大不相交路径，避免不同路径之间相交引发的电池单元过流，得到最大不相交路径集合如下：

P_dis＝[P₁,P₂,…,P_t]

其中，t为符合负载电压区间的最大不相交路径数量，P_t为第t条满足负载电压，但是与前t-1条路径不相交的路径。

优选地，S2.3根据S2.2获得的最大不相交路径集合，查最简路径表，获取每条路径包含的开关，令这些开关闭合，即可接入相应的电池单元为负载供电。然而，直接闭合这些开关，可能导致负载或者电池单元短路，因此需采用了短路路径表对这些路径进行校验，以排除短路路径；具体步骤如下：

S2.3.1：根据S2.2获得的最大不相交路径集合，查最简路径表，获取最大不相交路径对应的开关集合S_dis，

S_dis＝[S₁,S₂,…,S_t]

其中，S_i为第i个最大不相交路径P_i对应的开关组合；S₁、S₂、S_t分别为：能够实现最大不相交路径P₁的开关组合、能够实现最大不相交路径P₂的开关组合、能够实现最大不相交路径P_t的开关组合；

S2.3.2检查短路路径表中每一条短路路径对应的开关，是否在S_dis中全部出现了，如是则意味着最大不相交路径集合中的路径全部启用将导致短路，必须删除一些路径以确保短路路径表中每一条短路路径对应的开关不会被全部闭合，最终得到不会引发短路的开关集合S_f。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明能够根据广义连接矩阵确定短路路径表，避免单个电池单元短路，避免多个电池单元串联后短路。本发明所述方法通过广义连接矩阵确定最简路径表，只需要确定负载的工作电压，即可确定重构开关的工作状态。本发明有效避免了可重构电池组的短路风险，将有助于推动可重构电池组的实际应用。

附图说明

图1为一种可重构电池组的电路结构。

图2的(a)为包含5个电池单元的可重构电池组及。

图2的(b)为基于图2的(a)并根据现有技术绘制的有向图。

图3为实施例1所述免疫短路风险的可重构电池组开关控制方法的流程图。

图4的(a)为包含3个电池单元的可重构电池组

图4的(b)为基于图4的(a)并根据实施例1所述方法绘制的有向图。

图5的(a)为包含N个电池单元的可重构电池组

图5的(b)为基于图5的(a)并根据实施例1所述方法绘制的有向图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1：

本实施例提供一种免疫短路风险的可重构电池组开关控制方法，如图3所示，本实施例可根据负载所需电压，自动计算出电池组中所有开关的开关状态，具体分为离线设计和在线控制两部分，其中，离线设计的目标是获得最简路径表、短路路径表，这两个路径表决定于电路的具体结构，可通过离线计算获得，在后续在线控制中不需要再次计算，保证了控制方法的实时性。

S1：离线设计：

离线设计的具体步骤如图3所示。本实施例结合一个包含3个电池单元的可重构电池组进行举例说明，该方法可推广到包含任意个电池单元的可重构电池组中。

S1.1：绘制有向图并获得广义连接矩阵。

将电路图中所有元器件的连接节点都绘制为有向图的顶点，其中令整个电池组的正端和负端分别对应第一个顶点和最后一个顶点，将电路图中所有元器件都绘制为有向图的边。例如，由图4的(a)所示的电路可绘制出图4的(b)所示的有向图，该方法与图2所示的现有技术有明显不同。

根据有向图形成广义连接矩阵：广义连接矩阵对角线上的元素，表示各个顶点到自身的路径，定义为1；广义连接矩阵非对角线上的元素X_ij，定义为顶点i和j之间对应的元器件的符号，若顶点i和j之间不存在元器件，则对应位置的元素定义为0。例如，图4的(b)所示有向图的广义连接矩阵如下。

S1.2：计算广义连接矩阵的代数余子式，获得连接电池组正负端的所有路径。

由于定义了整个电池组的正端和负端分别对应第一个顶点和最后一个顶点，因此要获得电池组正负端的所有路径，需要计算S1.1中广义连接矩阵第一行最后一列元素的代数余子式。以图4的(a)所示电路为例，通过计算第1行第8列元素的代数余子式，即P₁₈＝|detΔ₁₈|，可获得连接电池组正负端之间的所有路径，如表1所示。

S1.3：依次剔除虚假路径、短路路径和复杂路径，获得最简路径表。

S1.2获得的电池组正负端之间的所有路径，按特征可分为最简路径、复杂路径、短路路径、虚假路径，其中最简路径为希望获得的路径。本实施例通过下述方法依次剔除虚假路径、短路路径、复杂路径，从而获得最简路径。

a)搜索和剔除虚假路径：

虚假路径的特点是包含其他已有路径，例如表1中虚假路径S₁₁S₄₁B₁B₂ ²B₃ ²与S₁₁S₄₁B₁B₂S₂₁S₃₂均包含最简路径S₁₁S₄₁B₁，虚假路径S₁₂S₄₁S₃₁B₃ ²包含短路路径S₁₂S₄₁S₃₁。利用该特点，可采用计算机算法搜索对比所有潜在路径，找出包含了其他路径的路径，将其视为虚假路径并剔除。以图4电路的路径为例，通过计算机算法搜索比对，可获得所有虚假路径如表1所示。

b)搜索和剔除短路路径：

短路路径的特点是只包含开关不包含电池单元，这类路径会造成电池组所带的负载短路。利用该特点，可通过计算机算法搜索不包含电池单元的路径，将其视为短路路径并剔除。以图4电路的路径为例，通过计算机算法搜索不包含电池单元的路径，可获得所有短路路径如表1所示。

c)搜索和剔除复杂路径：

在剔除虚假路径和短路路径后，剩下的只有复杂路径和最简路径。与最简路径相比，复杂路径需要闭合更多的开关来实现相同电池单元的接入，导致电池单元短路风险和开关器件损耗增加，例如复杂路径S₁₁S₄₂B₁S₂₁S₃₁S₃₂和最简路径S₁₁S₄₁B₁都是将电池单元B₁接到电池组正负端，但复杂路径将导致电池单元B₂被短路。利用该特点，可通过计算机算法搜索对比包含相同电池单元的路径，找出其中包含开关数量最少的路径作为最简路径，将其余的路径视为复杂路径并剔除。以图4电路的路径为例，在剔除了虚假路径和短路路径后，通过计算机算法搜索比对剩下的路径，可获得复杂路径如表1所示。

在按上述顺序依次逐步剔除虚假路径、短路路径、复杂路径后，剩下的即为最简路径。以图4电路的路径为例，可获得最简路径如表1所示。

表1路径分类表

根据最简路径制成最简路径表如表2所示。

表2包含3个电池单元的可重构电池组的最简路径表

S1.4：计算广义连接矩阵的代数余子式，获得导致单个电池单元短路的所有路径，并生成短路路径表。

针对可重构电池组中的每一个电池单元，通过逐个计算广义连接矩阵的代数余子式，获得连接每一个电池单元正负端的所有短路路径，用于规避单个电池单元短路的情况。

具体如下：假定某个电池单元正负极所在顶点为n_p、n_n，针对S1.1中的广义连接矩阵，计算其第p行第n列元素的代数余子式的值，获得该电池单元正负极之间的所有路径，采用S1.3中的方法剔除虚假路径然后找到只包含开关的短路路径。

以图4的(a)中电路为例，电池单元B1正负端的顶点分别为n₂、n₃，因此计算S1.1中广义连接矩阵第2行第3列元素的代数余子式的值P₂₃＝|detΔ₂₃|，先剔除虚假路径，然后找到只包含开关的短路路径，即为导致B₁短路的路径，如表3所示。采用同样的方法计算代数余子式P₄₅＝|detΔ₄₅|和P₆₇＝|detΔ₆₇|，分别可得到电池单元B2、B3的短路路径，如表3所示。

S1.5：计算广义连接矩阵的代数余子式，获得导致电池单元串联后短路的所有路径，并生成短路路径表。本实施例中S1.4和S1.5所生成的短路路径表为同一短路路径表。

针对可重构电池组中电池单元之间的所有串联方式，例如表2中给出了图4的(a)所示电路的所有7种串联方式，通过逐个计算广义连接矩阵的代数余子式，获得连接串联电池中第一个电池单元正极和最后一个电池单元负极的所有短路路径，用于规避多个电池单元串联后短路的情况。

具体如下：假定若干个电池单元串联组合后，其中第一个电池单元正极所在顶点为n_ps，最后一个电池单元负极所在顶点为n_ne，针对S1.1中的广义连接矩阵，计算其第n_ps行第n_ne列元素的代数余子式的值，获得这些电池串联后第一个电池单元正极和最后一个电池单元负极之间的所有路径，采用S1.3中的方法剔除虚假路径然后找到只包含开关的短路路径。

以图4的(a)中电路为例，针对电池单元B1和B2串联的情况，电池单元B1正端的顶点为n₂，电池单元B2负端的顶点为n₅，计算S1.1中广义连接矩阵第2行第5列元素的代数余子式的值P₂₅＝|detΔ₂₅|，先剔除虚假路径，然后找到只包含开关的短路路径，即为导致B1和B2串联后短路的路径，如表3所示。采用同样的方法，分别可得到B1和B3串联、B2和B3串联、三个电池一起串联后短路的路径，分别如表3所示。

表3包含3个电池单元的可重构电池组的短路路径表

离线设计在包含任意个电池单元的可重构电池组中的应用：

需要强调的是，上述以含3个电池单元的可重构电池组为例进行说明，只是为了易于理解，本发明可应用于包含任意N个电池单元的可重构电池组。图5的(a)给出了包含N个电池单元的可重构电池组，其有向图如图5的(b)所示，顶点的数量V_num、开关的数量S_num、边的数量E_num分别为：

V_num＝2N+2

S_num＝4N-3

E_num＝N+S_num

对图5执行S1.1，可获得广义连接矩阵如下

对上述广义连接矩阵执行S1.2，即计算广义连接矩阵第一行最后一列元素的代数余子式P_1,2N+1＝|detΔ_1,2N+2|，可获得电池组的正端和负端(即顶点n₁和n_2N+2)之间的所有路径。

执行S1.3，依次搜索和剔除代数余子式中的虚假路径、短路路径和复杂路径，形成最简路径表。执行S1.4和S1.5，通过计算代数余子式搜索各个电池单元正负极之间的短路路径和所有电池单元串联方式下的短路路径，形成短路路径表。

S2：在线控制：

在线控制，主要是根据离线设计最终形成的最简路径表和短路路径表，对可重构电池组的开关进行控制。具体步骤如下：

S2.1：采集各个电池单元的电压并以此计算各条最简路径的总电压。

控制器通过电压传感器采集各个电池单元的端电压，得到可重构电池组的电池电压矢量集合：

V＝[V₁,V₂,…,V_N]

其中，N为电池单元的数量，V₁、V₂、V_N分别为第一个电池单元的端电压、第二个电池单元的端电压、第N电池单元的端电压。

控制器查询最简路径表，根据最简路径所包含的电池单元，计算出每条路径的电压，形成最简路径电压表。以图4的电路为例，根据表2给出的最简路径表，可获得最简路径电压表，如表4所示。

因为在运行过程中各电池单元的电压是变化的，所以控制器在每个采样周期都要更新最简路径电压表。

表4包含3个电池单元的可重构电池组的最简路径电压表

S2.2：根据最简路径电压表，搜索满足负载电压要求的最大不相交路径。

控制器根据可重构电池组所带负载要求的电压区间[V_min,V_max]，通过查询最简路径电压表中的路径电压，确定满足负载电压区间的路径集合如下：

P_in＝[P'₁,P'₂,…,P'_s]

其中，s为符合负载电压区间的路径数量；P'₁、P'₂、P'_s分别为满足负载电压区间的第一条路径、第二条路径、第s条路径。

在集合P_in中，每一条路径上的电压都满足负载的电压要求。但是，不同的路径很可能包含相同的电池，为防止电池单元通过多条路径接入而导致过流，需要对P_in进行处理。这里可使用现有技术所提出的搜索算法，寻找P_in中的最大不相交路径，避免不同路径之间相交引发的电池单元过流，得到最大不相交路径集合如下：

P_dis＝[P₁,P₂,…,P_t]

其中，t为符合负载电压区间的最大不相交路径数量，P_t为第t条满足负载电压，但是与前t-1条路径不相交的路径。

S2.3：根据S1.4和S1.5所生成的短路路径表，搜索并剔除最大不相交路径中会引发短路的路径，形成不会引发短路的开关集合。

根据在S2.2获得的最大不相交路径集合，查最简路径表，获取每条路径包含的开关，令这些开关闭合，即可接入相应的电池单元为负载供电。然而，直接闭合这些开关，可能导致负载或者电池单元短路，因此需采用了短路路径表对这些路径进行校验，以排除短路路径。具体步骤如下：

根据在S2.2获得的最大不相交路径集合，查最简路径表，获取最大不相交路径对应的开关集合S_dis，

S_dis＝[S₁,S₂,…,S_t]

其中，S_i为第i个最大不相交路径P_i对应的开关组合，S₁、S₂、S_t分别为：能够实现最大不相交路径P₁的开关组合、能够实现最大不相交路径P₂的开关组合、能够实现最大不相交路径P_t的开关组合。

以图4拓扑为例，如果P₁是电池B₁的最短路径，那么S₁＝S₁₁S₄₁。

通过计算机算法进行搜索对比，检查短路路径表中每一条短路路径对应的开关，是否在S_dis中全部出现了，如是则意味着最大不相交路径集合中的路径全部启用将导致短路，必须删除一些路径以确保短路路径表中每一条短路路径对应的开关不会被全部闭合，最终得到不会引发短路的开关集合S_f。

以图4为例，电池单元B₂的短路路径为S₁₂S₁₃S₃₂，如果最大不相交路径对应的开关集合S_dis中的开关组合S₂、S₄、S₅分别包含了开关S₁₂、S₁₃、S₃₂，那么最大不相交路径全部启用会导致电池单元B₂短路，在这种情况下，必须删除开关组合S₂、S₄、S₅中的任意一个组合，以确保开关S₁₂、S₁₃、S₃₂不会同时闭合。

S2.4：根据不会引发短路的开关集合，控制可重构电池组中的对应开关闭合。

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种免疫短路风险的可重构电池组开关控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：通过离线设计获得最简路径表、短路路径表；

S2：根据离线设计最终形成的最简路径表和短路路径表，对可重构电池组的开关进行在线控制；

S1包括以下步骤：

S1.1：绘制有向图并获得广义连接矩阵；

S1.2：计算广义连接矩阵的代数余子式，获得连接电池组正负端的所有路径；

S1.3：依次剔除虚假路径、短路路径和复杂路径，获得最简路径表；

S1.4：计算广义连接矩阵的代数余子式，获得导致单个电池单元短路的所有路径，并生成短路路径表；

S1.5：计算广义连接矩阵的代数余子式，获得导致电池单元串联后短路的所有路径，并生成短路路径表。

2.根据权利要求1所述的免疫短路风险的可重构电池组开关控制方法，其特征在于，S1.1具体为：

将电路图中所有元器件的连接节点都绘制为有向图的顶点，其中令整个电池组的正端和负端分别对应第一个顶点和最后一个顶点，将电路图中所有元器件都绘制为有向图的边；

根据有向图形成广义连接矩阵：广义连接矩阵对角线上的元素，表示各个顶点到自身的路径，定义为1；广义连接矩阵非对角线上的元素X_ij，定义为顶点i和j之间对应的元器件的符号，若顶点i和j之间不存在元器件，则对应位置的元素定义为0。

3.根据权利要求1所述的免疫短路风险的可重构电池组开关控制方法，其特征在于，S1.3包括以下步骤：

S1.3.1：搜索和剔除虚假路径：搜索对比所有潜在路径，找出包含了其他路径的路径，将其视为虚假路径并剔除；

S1.3.2：搜索和剔除短路路径：搜索不包含电池单元的路径，将其视为短路路径并剔除；

其中，短路路径的特点是只包含开关不包含电池单元，这类路径会造成电池组所带的负载短路；

S1.3.3：搜索和剔除复杂路径：搜索对比包含相同电池单元的路径，找出其中包含开关数量最少的路径作为最简路径，将其余的路径视为复杂路径并剔除。

4.根据权利要求1所述的免疫短路风险的可重构电池组开关控制方法，其特征在于，S1.4具体为：

设某个电池单元正负极所在顶点为n_p、n_n，针对S1.1中的广义连接矩阵，计算其第p行第n列元素的代数余子式的值，获得该电池单元正负极之间的所有路径，采用S1.3中所述方法剔除虚假路径然后找到只包含开关的短路路径。

5.根据权利要求1所述的免疫短路风险的可重构电池组开关控制方法，其特征在于，S1.5具体为：假定若干个电池单元串联组合后，其中第一个电池单元正极所在顶点为n_ps，最后一个电池单元负极所在顶点为n_ne，针对S1.1中的广义连接矩阵，计算其第n_ps行第n_ne列元素的代数余子式的值，获得这些电池串联后第一个电池单元正极和最后一个电池单元负极之间的所有路径，采用S1.3中的方法剔除虚假路径然后找到只包含开关的短路路径。

6.根据权利要求1-5任一项所述的免疫短路风险的可重构电池组开关控制方法，其特征在于，S2包括以下步骤：

S2.1：采集各电池组单元的电压，并以此计算S1.3获得的最简路径表中各条最简路径的总电压，形成最简路径电压表；

S2.2：根据最简路径电压表，搜索满足负载电压要求的最大不相交路径；

S2.3：根据短路路径表，搜索并剔除最大不相交路径中会引发短路的路径，形成不会引发短路的开关集合；

S2.4：根据不会引发短路的开关集合，控制可重构电池组中的对应开关闭合。

7.根据权利要求6所述的免疫短路风险的可重构电池组开关控制方法，其特征在于，S2.1中控制器通过电压传感器采集各个电池单元的端电压，得到可重构电池组的电池电压矢量集合：

V＝[V₁,V₂,…V_N]

其中，N为电池单元的数量；V₁、V₂、V_N分别为第一个电池单元的端电压、第二个电池单元的端电压、第N电池单元的端电压；

控制器查询最简路径表，根据最简路径所包含的电池单元，计算出每条路径的电压，形成最简路径电压表。

8.根据权利要求7所述的免疫短路风险的可重构电池组开关控制方法，其特征在于，S2.2具体为：

控制器根据可重构电池组所带负载要求的电压区间[V_min,V_max]，通过查询最简路径电压表中的路径电压，确定满足负载电压区间的路径集合如下：

P_in＝[P′₁,P′₂,…,P′_s]

其中，s为符合负载电压区间的路径数量；P′₁、P′₂、P′_s分别为满足负载电压区间的第一条路径、第二条路径、第s条路径；

寻找P_in中的最大不相交路径，得到最大不相交路径集合如下：

P_dis＝[P₁,P₂,…,P_t]

其中，t为符合负载电压区间的最大不相交路径数量；P_t为第t条满足负载电压，但是与前t-1条路径不相交的路径。

9.根据权利要求8所述的免疫短路风险的可重构电池组开关控制方法，其特征在于，S2.3具体步骤如下：

S2.3.1：根据S2.2获得的最大不相交路径集合，查最简路径表，获取最大不相交路径对应的开关集合S_dis，

S_dis＝[S₁,S₂,…,S_t]

其中，S_i为第i个最大不相交路径P_i对应的开关组合；S₁、S₂、S_t分别为：能够实现最大不相交路径P₁的开关组合、能够实现最大不相交路径P₂的开关组合、能够实现最大不相交路径P_t的开关组合；

S2.3.2检查短路路径表中每一条短路路径对应的开关，是否在S_dis中全部出现了，如是则意味着最大不相交路径集合中的路径全部启用将导致短路，必须删除一些路径以确保短路路径表中每一条短路路径对应的开关不会被全部闭合，最终得到不会引发短路的开关集合S_f。

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