本發(fā)明涉及儲(chǔ)能電池系統(tǒng)電池重構(gòu)，尤其涉及一種可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)的退役動(dòng)力電池?cái)?shù)字無(wú)損重組方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)在，新能源在各行各業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用，尤其是儲(chǔ)能電池系統(tǒng)，無(wú)論是從技術(shù)上、成本上，性能上都優(yōu)越于其他的新型能源。儲(chǔ)能電池系統(tǒng)是一種能夠儲(chǔ)存電能的設(shè)備，通常由蓄電池和并聯(lián)電壓型變流器構(gòu)成，用于長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存和釋放電能。主要功能是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并將電荷存儲(chǔ)在電池中，以便在需要時(shí)釋放出來(lái)。這種系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)用于長(zhǎng)時(shí)間的能量?jī)?chǔ)存和充放電，發(fā)揮著重要作用，如電網(wǎng)調(diào)度、峰值負(fù)荷削減和電能管理等方面。儲(chǔ)能電池的關(guān)鍵特點(diǎn)包括高容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命和穩(wěn)定的性能。雖然電池單體可以達(dá)到近萬(wàn)次“滿充滿放”的循環(huán)壽命，安全性、穩(wěn)定性高，但是各電池單體存在著差異性，導(dǎo)致了儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的短板效應(yīng)，一個(gè)電池單體的短板效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致整體電池模組的退役，造成了極大的浪費(fèi)。

2、針對(duì)上述缺陷，通常通過(guò)電池重構(gòu)的辦法延長(zhǎng)電池模組的壽命。例如，公開號(hào)為cn112510792a的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種退役電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的可重構(gòu)變換器及其控制方法，其中變換器包括電池組選擇電路、組合雙向變換器、控制單元，所述控制單元分別連接至電池組選擇電路、組合雙向變換器，退役電池儲(chǔ)能系統(tǒng)依次電池組選擇電路、組合雙向變換器后引出正負(fù)極端子用于連接負(fù)載或充電設(shè)備；所述電池組選擇電路用于控制退役電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中的各電池組與組合雙向變換器的接通，所述雙向組合變換器用于控制均衡的開啟。通過(guò)該專利的變換器和控制方法有效地對(duì)儲(chǔ)能電池系統(tǒng)中退役電池的重構(gòu)和控制。但是，該專利的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)必須實(shí)時(shí)承擔(dān)充放電任務(wù)，容易導(dǎo)致電池過(guò)充過(guò)放，加速了電池老化，縮短了電池壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明旨在提供一種可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)的退役動(dòng)力電池?cái)?shù)字無(wú)損重組方法，采用設(shè)計(jì)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對(duì)可重構(gòu)堅(jiān)持網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制的無(wú)損重組的方法，解決了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)必須實(shí)時(shí)承擔(dān)充放電任務(wù)，容易導(dǎo)致電池過(guò)充過(guò)放，加速了電池老化，縮短了電池壽命等的問(wèn)題。

2、為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)的退役動(dòng)力電池?cái)?shù)字無(wú)損重組方法，包括：

3、s100、設(shè)計(jì)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：

4、s110、建立可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)：

5、可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)包括由k個(gè)電池簇組成的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，每個(gè)電池簇由n個(gè)并聯(lián)單元通過(guò)串聯(lián)組成，每個(gè)并聯(lián)單元包括電池模組和可控開關(guān)，可控開關(guān)包括并聯(lián)開關(guān)和串聯(lián)開關(guān)，每個(gè)電池模組通過(guò)一個(gè)電池單體串聯(lián)一個(gè)串聯(lián)開關(guān)構(gòu)成，m個(gè)電池模組并聯(lián)一個(gè)并聯(lián)開關(guān)構(gòu)成一個(gè)并聯(lián)單元；

6、s120、建立優(yōu)化控制架構(gòu)：

7、通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)中各并聯(lián)單元的端電壓u和端電流i測(cè)量，形成測(cè)量狀態(tài)集m＝{u、i}；

8、對(duì)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)中的各電池進(jìn)行參數(shù)和狀態(tài)的聯(lián)合估計(jì)，包括電池的荷電狀態(tài)、電阻和電容參數(shù)，形成狀態(tài)與參數(shù)集s＝{r0、r1、c1、soc}，其中，r0表示電池等效內(nèi)阻，r1表示極化內(nèi)阻，c1表示極化電容；

9、經(jīng)過(guò)優(yōu)化控制可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溥B接控制變量z，生成滿足優(yōu)化目標(biāo)和約束條件的電池網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖煞桨福?/p>

10、s130、估計(jì)電池等效電路模型及參數(shù)狀態(tài)：

11、建立電池模組的thevenin等效電路模型，數(shù)學(xué)模型通過(guò)以下式(1)表示：

12、

13、其中，pk為估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，e為單位矩陣。通過(guò)連續(xù)地觀測(cè)變量賦值，可得出電池soc；

14、s140、建立可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型：

15、在可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)中，電池簇的動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型可建立為：

16、

17、其中，zij為開關(guān)狀態(tài)，取值{0,1}；l(i,j)，u(i,j)為m并n串的電池簇中第i行，第j列的電池模組充/放電截止的soc；

18、s150、可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)模型求解：

19、

20、s200、可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)的控制：

21、s210、建立可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)：

22、底層為退役動(dòng)力電池系統(tǒng)，各本地控制器通過(guò)狀態(tài)量測(cè)獲得各動(dòng)力電池狀態(tài)信息，上傳至通信網(wǎng)絡(luò)，通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)通信，通過(guò)相互配合與共同決策，實(shí)現(xiàn)退役動(dòng)力電池系統(tǒng)分布式能量管理，進(jìn)而將控制指令通過(guò)本地控制器下達(dá)給退役動(dòng)力電池；

23、s220、基于aoe控制組態(tài)的儲(chǔ)能策略編排：

24、s221、構(gòu)建aoe網(wǎng)絡(luò)，aoe網(wǎng)絡(luò)為有向無(wú)環(huán)圖，aoe包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)一個(gè)邊連接，每個(gè)節(jié)點(diǎn)表示一個(gè)事件，每條邊表示一個(gè)動(dòng)作，邊的方向表示節(jié)點(diǎn)所表示的事件之間的遞進(jìn)和遷移關(guān)系，這種關(guān)系由該條邊所表示的動(dòng)作決定；

25、s222、配置aoe，利用aoe網(wǎng)絡(luò)配置文件定義aoe網(wǎng)絡(luò)的基本信息、變量、事件和動(dòng)作，從而描述構(gòu)建的aoe網(wǎng)絡(luò)及設(shè)計(jì)的控制策略；

26、s223、配置測(cè)點(diǎn)；

27、s224、配置通信通道；

28、s225、解析并執(zhí)行aoe網(wǎng)絡(luò)；

29、s230、基于aoe的儲(chǔ)能系統(tǒng)功率優(yōu)化分配雙層控制。

30、進(jìn)一步的，在步驟s130中，獲得式(1)的數(shù)學(xué)模型的方法為：

31、列寫電池模組等效thevenin模型連續(xù)時(shí)間的方程，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

32、

33、其中，電池的開路電壓uocv(t)為與電池動(dòng)態(tài)荷電狀態(tài)soc(t)相關(guān)的變量，同時(shí)可以以安時(shí)積分法表示，soc0為初始狀態(tài)值。電池的電流i(t)受到電池極化電容c1和極化電容的電壓uc(t)的影響。電池的端電壓u(t)、uc(t)、uocv(t)及等效內(nèi)阻r0電壓組成閉合電壓回路；

34、基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的鋰離子電池狀態(tài)和參數(shù)估算方法，通過(guò)式(5)表示鋰離子電池的離散狀態(tài)和觀測(cè)方程，離散時(shí)間為δt＝1s：

35、

36、其中，sn為電池額定容量，i1為極化電阻電流，h為電池充放電效率，βk＝exp(-1/t(k))，t＝r1c1為電池時(shí)間常數(shù)；

37、電池的ocv為電池長(zhǎng)時(shí)間靜置條件下的端電壓，其與電池soc有相對(duì)固定的函數(shù)關(guān)系，記為ocv＝f(soc)，q＝n(0,q)，r＝n(0,r)為高斯白噪聲；

38、將式(5)的i1(k)、soc(k)、r0(k)、c1(k)和r1(k)表達(dá)式記為：

39、xk＝gk-1(xk-1)+qk-1；

40、將u(k)表達(dá)式記為：

41、yk＝hk(xk)+rk；

42、x＝[i1?soc?r0?c1?r1]；

43、y＝u；

44、gk＝gk'(x)|x＝xk；

45、hk＝hk'(x)|x＝xk；

46、基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的電池參數(shù)與soc聯(lián)合估計(jì)方法獲得迭代公式(1)。

47、進(jìn)一步的，在步驟s140中，獲得式(2)的方法為：

48、在可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)中，

49、當(dāng)?shù)趈個(gè)并聯(lián)單元的并聯(lián)開關(guān)sj閉合時(shí)，m個(gè)電池模組的所有串聯(lián)開關(guān)sij均斷開，其中，1≤i≤m，此時(shí)，第j個(gè)并聯(lián)單元的的輸出電壓為0；

50、當(dāng)?shù)趈個(gè)并聯(lián)單元的并聯(lián)開關(guān)sj斷開時(shí)，m個(gè)電池模組的串聯(lián)開關(guān)sij中只有一個(gè)串聯(lián)開關(guān)閉合，其中，1≤i≤m；

51、可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)的端口輸出電壓的波動(dòng)控制在以下式(6)的范圍：

52、

53、其中，ure為簇目標(biāo)輸出電壓或負(fù)載電壓，err為允許偏差的最大值。

54、進(jìn)一步的，λ的取值包括：

55、當(dāng)λ∈(0,1)時(shí)，電池模組的均衡控制部分考慮電池均衡控制過(guò)程對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)匹配負(fù)載需求的影響，可用于主動(dòng)均衡控制方法。

56、當(dāng)λ＝1時(shí)，電池模組的均衡過(guò)程對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)滿足負(fù)載電壓需求產(chǎn)生相同影響效果，可用于電池模組的均衡電流等于儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作電流的儲(chǔ)能系統(tǒng)，由于使用電池拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)變換滿足電池模組間均衡并滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)負(fù)載的電壓匹配，可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)適用于λ＝1的情況。

57、當(dāng)λ∈(1,+∞)時(shí)，考慮λ∝+∞的極端情況，忽略電池模組間的均衡控制對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)負(fù)載匹配的影響。

58、進(jìn)一步的，在步驟s150中，獲得式(3)的方法為：

59、對(duì)電池進(jìn)行可用容量、soc和阻容參數(shù)的數(shù)值進(jìn)行標(biāo)定，分別記為snij，socij(0)，rij(0)與cij(0)；

60、電池的可用容量snij在固定時(shí)間間隙內(nèi)為常數(shù)，阻容參數(shù)r，c為soc和溫度t的函數(shù)，則，電池電荷量的建模可為：

61、ocvij(τm+1)≈ocvij(τm)-kij(τm)δsocij(τm)…………………………(7)；

62、其中，q表示電池的電荷量，τ為離散的時(shí)間間隙；

63、當(dāng)流過(guò)相同的電荷量時(shí)，電池soc變化存在差異，構(gòu)建電池容量差異矩陣(8)：

64、

65、其中：

66、snorm為電池單體的標(biāo)準(zhǔn)容量，取為所選擇簇中所有電池容量之和的平均值；

67、定義放電率ρ為：

68、

69、對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)單元流過(guò)相同的電量q的情況下，每個(gè)單體的soc變化可表示為：

70、socij(τm+1)＝socij(τm)-ρd(i，j)…………………………(10)；

71、假定第j列串聯(lián)單元處于通路狀態(tài)，則第j列串聯(lián)單元的輸出電壓為uj(t)，且在式(11)的時(shí)間內(nèi)uj(t)值基本不變的，即uj(t)≈uj(τm)。通過(guò)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，可以忽略電容的暫態(tài)過(guò)程及電容暫態(tài)過(guò)程引起的電壓變化。因此，在τ時(shí)隙內(nèi)，電池的輸出電壓以式(12)表示：

72、

73、系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)簡(jiǎn)化為充/放電時(shí)剩余soc與電壓偏差的絕對(duì)值與比例因子λ的乘積之和最小。

74、進(jìn)一步的，在步驟s210中，建立可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)的方法還包括：

75、退役動(dòng)力電池節(jié)點(diǎn)之間借助通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向通信，通過(guò)包含有智能體和智能體之間連接關(guān)系的無(wú)向圖來(lái)描述所有這種通信關(guān)系，記作：g＝{n，e}；

76、其中，n＝{v1，v2，...，vn}表示通信網(wǎng)絡(luò)中所有智能體的集合，e＝{ε1，ε2，...，εm}表示通信網(wǎng)絡(luò)中所有通信連接構(gòu)成的集合，其中組通信連接為兩個(gè)智能體的無(wú)序集合；

77、若{vi，vj}∈e，則稱智能體i和智能體j之間存在通信關(guān)系，記智能體i的所有鄰居集合為ωi＝{vj|{vi，vj}∈e，j＝1，...，n}，智能體i的鄰居總數(shù)為ni，ni＝|ωi|；

78、對(duì)于無(wú)向圖g而言，記a表示圖g的關(guān)聯(lián)矩陣。其中a＝(aij)n×n，若{vi，vj}∈e，則αij＝1，否則，αij＝0。

79、進(jìn)一步的，在步驟s222中，配置aoe的方法包括：aoe網(wǎng)絡(luò)聲明、aoe節(jié)點(diǎn)聲明和aoe邊聲明。

80、進(jìn)一步的，在步驟s225中，解析并執(zhí)行aoe網(wǎng)絡(luò)的方法包括：

81、s2251、將aoe網(wǎng)絡(luò)配置文件解析后得到的策略保存為一個(gè)aoe向量，所述aoe向量包含一個(gè)或多個(gè)aoe網(wǎng)絡(luò)；

82、s2252、對(duì)測(cè)點(diǎn)配置文件和通道配置文件進(jìn)行解析，用于分配存放測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的內(nèi)存空間，并按照通道配置文件中聲明的通信方式建立通信連接；

83、s2253、根據(jù)解析得到的aoe網(wǎng)絡(luò)的觸發(fā)條件決定控制策略的啟動(dòng)，采用簡(jiǎn)單重復(fù)驅(qū)動(dòng)和時(shí)間驅(qū)動(dòng)的aoe網(wǎng)絡(luò)按照aoe網(wǎng)絡(luò)配置文件中定義的aoe網(wǎng)絡(luò)的觸發(fā)條件參數(shù)執(zhí)行；而對(duì)于采用事件驅(qū)動(dòng)的aoe網(wǎng)絡(luò)，將首節(jié)點(diǎn)的事件條件作為整個(gè)aoe網(wǎng)絡(luò)是否被觸發(fā)的條件，所述首節(jié)點(diǎn)表示aoe網(wǎng)絡(luò)中入度為0的節(jié)點(diǎn)；

84、s2254、根據(jù)測(cè)點(diǎn)配置文件里的屬性和起始地址，監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)值的變動(dòng)；當(dāng)測(cè)點(diǎn)值發(fā)生變動(dòng)并引起首節(jié)點(diǎn)事件觸發(fā)后，aoe網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)并執(zhí)行控制；

85、s2255、aoe網(wǎng)絡(luò)從當(dāng)前拓?fù)渑判蜿?duì)列中彈出一個(gè)隊(duì)首節(jié)點(diǎn)，等待直到隊(duì)首節(jié)點(diǎn)的事件發(fā)生或者超時(shí)；所述隊(duì)首節(jié)點(diǎn)指當(dāng)前拓?fù)渑判蜿?duì)列當(dāng)中排在最前面的節(jié)點(diǎn)；

86、s2256、當(dāng)彈出的節(jié)點(diǎn)的事件發(fā)生超時(shí)，若超時(shí)不是收到外部的aoe取消指令或者失敗，回到步驟s2255；

87、s2257、當(dāng)節(jié)點(diǎn)事件發(fā)生時(shí)，執(zhí)行該事件觸發(fā)的所有動(dòng)作，即aoe網(wǎng)絡(luò)中以該節(jié)點(diǎn)為首節(jié)點(diǎn)的所有邊上的動(dòng)作被執(zhí)行，并等待動(dòng)作執(zhí)行的返回結(jié)果，對(duì)于結(jié)果不成功的動(dòng)作，根據(jù)每個(gè)動(dòng)作的失敗模式采取忽略、重試、停止受影響的節(jié)點(diǎn)、停止aoe執(zhí)行的措施；

88、s2258、當(dāng)動(dòng)作全部執(zhí)行完畢后，若拓?fù)渑判蜿?duì)列不為空，則返回步驟s2255，否則說(shuō)明節(jié)點(diǎn)已全部彈出，aoe網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行完畢，控制過(guò)程結(jié)束。

89、進(jìn)一步的，在步驟s230中，優(yōu)化分配雙層控制的方法包括：

90、s231、選取最優(yōu)的放電電池組，選取電池組的原則可以描述為：

91、max(soc1,soc2,l,socn)；

92、s232、判斷放電功率，描述為：

93、

94、其中，pd_limit表示儲(chǔ)能電池組在t時(shí)刻的最大允許放電功率；pd_max表示儲(chǔ)能電池組構(gòu)成材料決定的最大放電特性；e(t-1),emin分別表示儲(chǔ)能電池組上一時(shí)刻的剩余電量和允許剩余電量最小值；ηd表示放電效率；δt表示計(jì)算窗口時(shí)間；

95、判斷選取的最優(yōu)放電電池組最大允許放電功率pd_limit(t)與指令功率pref大小關(guān)系：

96、當(dāng)pd_limit(t)＞pref，則由選取的最優(yōu)電池組進(jìn)行放電；

97、當(dāng)pd_limit(t)＜pref，重復(fù)步驟s231，在剩余電池組中選取下一目標(biāo)電池組，比較最大允許放電功率之和與指令功率大小，直至滿足指令功率；

98、s233、確定選取的放電電池組數(shù)量m，在儲(chǔ)能電池組之間均分功率，計(jì)算公式為：

99、

100、實(shí)現(xiàn)下層功率優(yōu)化分配，可以表示為：

101、

102、其中，表示第i個(gè)儲(chǔ)能電池模組當(dāng)前時(shí)刻的soc，pdi表示第i個(gè)儲(chǔ)能電池模組放電功率，ei表示第i個(gè)儲(chǔ)能電池模組的剩余電量；socave表示所有儲(chǔ)能電池模組的soc均值。

103、進(jìn)一步的，雙層控制的約束條件：

104、放電功率約束：0≤pdi≤pd_limit(t)；

105、soc約束：soci，min≤soci≤soci，max；

106、總出力約束：

107、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的一種可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)的退役動(dòng)力電池?cái)?shù)字無(wú)損重組方法，具有以下優(yōu)勢(shì)：

108、本技術(shù)方案優(yōu)點(diǎn)在于采用設(shè)計(jì)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對(duì)可重構(gòu)堅(jiān)持網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制的無(wú)損重組的方法，以最優(yōu)充放電電池組選擇為上層控制策略，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池組間歇性地承擔(dān)充放電任務(wù)，無(wú)須所有電池組實(shí)時(shí)承擔(dān)充放電任務(wù)，有效減少了充放電次數(shù)。以功率優(yōu)化分配為下層控制策略，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能電池模組之間的soc均衡，避免了儲(chǔ)能電池過(guò)充過(guò)放，減緩電池老化?；赼oe實(shí)現(xiàn)控制策略，實(shí)現(xiàn)過(guò)程簡(jiǎn)單靈活，具有高通用性、計(jì)算效率高、學(xué)習(xí)難度小。