CN108819747B - 多支路储能***的多支路功率分配管理 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多支路储能***的多支路功率分配管理，属于储能***控制技术领域。本发明的用于多支路储能***的多支路功率分配管理装置，其包括：生命周期管理单元，其用于根据所述多条支路的能量包之间的健康状态SOH的差异程度确定是否优先利用SOH相对较大的支路进行充/放电；和/或能量均衡管理单元，其用于基于每条支路对应的能量包的SOH和荷电状态SOC确定该每条支路的充/放电优先级。本发明通过生命周期管理能够使所有支路的能量包的SOH越来越趋于一致，通过能量均衡管理能够实现在充放电过程快速实现各支路的能量均衡，避免某一支路的过度使用或过充过放。
Description
技术领域
本发明属于储能***控制技术领域，涉及一种多支路储能***的多支路功率分配管理装置及其方法。
背景技术
多支路储能***中，每条支路对应设置有相应的能量包（例如电池），多条支路可以一起进行充电和进行放电，因此，在充电/放电过程中进行功率分配管理。
对于每条支路的能量包而言，其可以通过SOC和SOH等来表征其状态，并且即使它们动态地变化，也容易从能量包中采集获取。
SOC（State of Charge，荷电状态），其表示电池等能量包的荷电状态，也反映电池等能量包的剩余电量；SOC通常以电池等能量包的剩余容量与其完全充满状态的容量的比值表示，例如以百分数表示，取值范围为0-1；当SOC=0时，表示电池等能量包完全放电，当SOC=1时，表示电池等能量包完全充满。
SOH（State of Health，健康状态），其表示电池等能量包的健康程度，其反映电池等能量包的寿命状态；电池等能量包的SOH可以以标准条件下能量包从充满状态以移动倍率放电到截止电压所放出的容量与其所对应的标准容量的比值来表示。
对于各条支路的能量包在SOH方面存在较大差异的多支路储能***的功率分配管理而言，存在较大的难题。
发明内容
按照本发明的第一方面，提供一种用于多支路储能***的多支路功率分配管理装置，其包括：
生命周期管理单元，其用于根据所述多条支路的能量包之间的健康状态SOH的差异程度确定是否优先利用SOH相对较大的支路进行充/放电；和/或
能量均衡管理单元，其用于基于每条支路对应的能量包的SOH和荷电状态SOC确定该每条支路的充/放电优先级。
根据本发明一实施例的多支路功率分配管理装置，其中，
所述生命周期管理单元还用于在所述多条支路的能量包之间的健康状态SOH的差异程度超过预定允许值ΔSOHmax的情况下控制优先利用SOH相对较大的支路进行充/放电；
所述能量均衡管理单元还用于在所述多条支路的能量包之间的SOH的差异程度未超过预定允许值ΔSOHmax的情况下基于每条支路对应的能量包的SOH和荷电状态SOC确定该每条支路的充/放电优先级。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理装置，其中，所述多条支路的能量包之间的健康状态SOH的差异程度通过所述多条支路的能量包的最大SOH与最小SOH之间的第一差值ΔSOH表示。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理装置，其中，所述生命周期管理单元包括：
SOH差值计算模块，其用于计算所述第一差值ΔSOH；
判断模块，其用于判断所述第一差值ΔSOH是否超过所述预定允许值ΔSOHmax；以及
第一优先级确定模块，其用于在被判断为超过所述预定允许值ΔSOHmax的情况下根据所述多条支路的能量包的SOH大小从大到小地依次确定充/放电的第一优先级。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理装置，其中，所述多支路功率分配管理装置还被配置为：在所述储能***的充电可用总功率Pchg大于多条支路的最大允许充电总功率的情况下直接控制所述多条支路的能量包以同等优先级进行充电；和/或
在所述储能***的放电需求总功率Pdischg大于多条支路的最大允许放电总功率的情况下直接控制所述多条支路的能量包以同等优先级进行放电。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理装置，其中，生命周期管理单元还用于在所述多条支路的所有能量包的其中某一个能量包的SOH小于或等于预定极限值的情况下将该能量包对应的支路从所述多条支路中排除从而形成新的所述多条支路。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理装置，其中，所述预定允许值ΔSOHmax小于或等于5%。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理装置，其中，所述能量均衡管理单元还包括：
优先级指数计算模块，其用于基于以下公式（1）计算每条支路对应的充电优先级指数P：
P= SOC-λ×SOH （1）；
其中，λ为加权系数，其通过以下公式（2）计算：
其中，N为所述多条支路的数量总和，N≥2，i表示N条支路的第i条，i≤N，ΔSOHi表示第i条支路的能量包的SOH与所述多条支路的能量包中的最小SOH之间的差值。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理装置，其中，所述能量均衡管理单元还包括：
第二优先级确定模块，其用于根据所述充电优先级指数P从小到大地依次确定充电的第二优先级。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理装置，其中，所述能量均衡管理单元还包括：
优先级指数计算模块，其用于基于以下公式（3）计算每条支路对应的放电优先级指数Q：
Q= SOC+λ×SOH （3）；
其中，λ为加权系数，其通过以下公式（2）计算：
其中，N为所述多条支路的数量总和，N≥2，i表示N条支路的第i条，i≤N，ΔSOHi表示第i条支路的能量包的SOH与所述多条支路的能量包中的最小SOH之间的差值。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理装置，其中，所述能量均衡管理单元还包括：
第二优先级确定模块，其用于根据所述放电优先级指数Q从大到小地依次确定放电的第二优先级。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理装置，其中，所述能量均衡管理单元还用于在所述充电优先级指数P/放电优先级指数Q之间的差值小于或等于相应的预定值时根据所述多条支路的多个能量包的SOC来分配充/放电功率以使多个能量包的SOC趋于一致。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理装置，其中，所述能量包为梯次利用的用于电动汽车上的动力电池包。
按照本发明的第二方面，提供一种多支路储能***，其包括多条支路，每条支路设置有能量包、功率变换模块、支路充放电控制模块和以上任一所述的多支路功率分配管理装置。
根据本发明一实施例的多支路储能***，其中，还包括：
与所述多支路功率分配管理装置耦接的人机交互界面，其用于显示所述多支路储能***在充/放电过程的运行状态信息。
按照本发明的第三方面，提供一种用于多支路储能***的多支路功率分配管理方法，其包括：
生命周期管理步骤：根据所述多条支路的能量包之间的健康状态SOH的差异程度确定是否优先利用SOH相对较大的支路进行充/放电；和/或
能量均衡管理步骤：基于每条支路对应的能量包的SOH和荷电状态SOC确定该每条支路的充/放电优先级。
根据本发明一实施例的多支路功率分配管理方法，其中，
在所述生命周期管理步骤中，在所述多条支路的能量包之间的健康状态SOH的差异程度超过预定允许值ΔSOHmax的情况下控制优先利用SOH相对较大的支路进行充/放电；
在所述能量均衡管理步骤中，在所述多条支路的能量包之间的SOH的差异程度未超过预定允许值ΔSOHmax的情况下基于每条支路对应的能量包的SOH和荷电状态SOC确定该每条支路的充/放电优先级。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理方法，其中，所述多条支路的能量包之间的健康状态SOH的差异程度通过所述多条支路的能量包的最大SOH与最小SOH之间的第一差值ΔSOH表示。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理方法，其中，所述生命周期管理步骤包括：
计算所述第一差值ΔSOH；
判断所述第一差值ΔSOH是否超过所述预定允许值ΔSOHmax；以及
在被判断为超过所述预定允许值ΔSOHmax的情况下根据所述多条支路的能量包的SOH大小从大到小地依次确定充/放电的第一优先级。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理方法，其中，还包括步骤：
在所述储能***的充电可用总功率Pchg大于多条支路的最大允许充电总功率的情况下直接控制所述多条支路的能量包以同等优先级进行充电；和/或
在所述储能***的放电需求总功率Pdischg大于多条支路的最大允许放电总功率的情况下直接控制所述多条支路的能量包以同等优先级进行放电。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理方法，其中，所述生命周期管理步骤还包括：
在所述多条支路的所有能量包的其中某一个能量包的SOH小于或等于预定极限值的情况下将该能量包对应的支路从所述多条支路中排除从而形成新的所述多条支路。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理方法，其中，所述预定允许值ΔSOHmax小于或等于5%。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理方法，其中，所述能量均衡管理步骤还包括：
优先级指数计算子步骤：基于以下公式（1）计算每条支路对应的充电优先级指数P：
P= SOC-λ×SOH （1）；
其中，λ为加权系数，其通过以下公式（2）计算：
其中，N为所述多条支路的数量总和，N≥2，i表示N条支路的第i条，i≤N，ΔSOHi表示第i条支路的能量包的SOH与所述多条支路的能量包中的最小SOH之间的差值。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理方法，其中，所述能量均衡管理步骤还包括：
第二优先级确定子步骤：根据所述充电优先级指数P从小到大地依次确定充电的第二优先级。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理方法，其中，所述能量均衡管理步骤还包括：
所述优先级指数计算子步骤：基于以下公式（3）计算每条支路对应的放电优先级指数Q：
Q= SOC+λ×SOH （3）；
其中，λ为加权系数，其通过以下公式（2）计算：
其中，N为所述多条支路的数量总和，N≥2，i表示N条支路的第i条，i≤N，ΔSOHi表示第i条支路的能量包的SOH与所述多条支路的能量包中的最小SOH之间的差值。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理方法，其中，所述能量均衡管理步骤还包括：第二优先级确定子步骤：根据所述放电优先级指数Q从大到小地依次确定放电的第二优先级。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的多支路功率分配管理方法，其中，所述能量均衡管理步骤还包括：在所述充电优先级指数P/放电优先级指数Q小于或等于相应的预定值时根据所述多条支路的所有能量包的SOC来分配充/放电功率以使多个能量包的SOC趋于一致。
按照本发明的第四方面，提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时能够实现以上任一所述多支路功率分配管理方法的步骤。
按照本发明的第五方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序可被处理器执行以实现以上任一所述多支路功率分配管理方法的步骤。
根据以下描述和附图本发明的以上特征和操作将变得更加显而易见。
附图说明
从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。
图1是按照本发明一实施例的多支路储能***的示意图，其中示出了本发明一实施例的多支路功率分配管理装置的结构示意图。
图2是按照本发明一实施例的多支路功率分配管理方法的流程图。
图3是按照本发明又一实施例的多支路功率分配管理方法的流程图。
具体实施方式
出于简洁和说明性目的，本文主要参考其示范实施例来描述本发明的原理。但是，本领域技术人员将容易地认识到相同的原理可等效地应用于所有类型的多支路功率分配管理装置和方法、和/或使用该多支路功率分配管理装置/方法的多支路储能***，并且可以在其中实施这些相同的原理。而且，在下文描述中，参考了附图，这些附图图示特定的示范实施例。在不背离本发明的精神和范围的前提下可以对这些实施例进行电、机械、逻辑和结构上的更改。此外，虽然本发明的特征是结合若干实施/实施例的仅其中之一来公开的，但是如针对任何给定或可识别的功能可能是期望和/或有利的，可以将此特征与其他实施/实施例的一个或多个其他特征进行组合。因此，下文描述不应视为在限制意义上的，并且本发明的范围由所附权利要求及其等效物来定义。
尽管阐述本发明的广义范围的数值范围和参数是适合的，但是特定示例中阐述的数值是尽可能精确地进行报告的。然而，任何数值固有地包括因其相应测试测量中常见的标准离差必然导致的某些误差。而且，本文公开的所有范围应理解为涵盖其中包括的任何以及所有子范围。在被使用的情况下，术语“第一”、“第二”等不一定表示任何顺序或优先级关系，而是可以用于更清晰地将元件或时间区间彼此区分。
附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或者在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或者在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
图1所示为按照本发明一实施例的多支路储能***的示意图，其中示出了本发明一实施例的多支路功率分配管理装置200的结构示意图。
如图1所示，多支路储能***10中具有若干条各自独立的电池充放电支路（以下简称为“支路”）110，例如具有N条支路1101、1102、…、110N，其中，N≥2，N的具体大小不是限制性的，并且，对于多支路功率分配管理装置200而言，N甚至是可以动态变化的，例如在某条支路110在被排除后，N将发生相应的变化。
具体地，对于每条支路110，其设置有能量包111、功率变换模块112和支路充放电控制模块113；其中，功率变换模块112可以为双向AC/DC功率模块，支路充放电控制模块113可以充放电控制板。每条支路110的支路充放电控制模块113可以接收来自多支路功率分配管理装置200的指令从而可以实时地控制对该支路上的能量包111的充放电过程，当然，支路充放电控制模块113也可以向支路功率分配管理装置200上送能量包111的当前的荷电状态SOC和健康程度SOH；具体地，支路充放电控制模块113具体通过通信控制功率变换模块112的直流侧的输入电流或输出电流，进而控制该支路上的能量包111的实际充放电电流，同时，也通过通信获取相应功率变换模块112的实时运行信息。
具体地，各个支路充放电控制模块113可以采用DSP、ARM或其他单片机芯片来实现；各个支路充放电控制模块113可以与相应的能量包111的BMS进行通信，以实时地获取能量包111的实时信息状态，包括SOC、SOH等。支路充放电控制模块113还可以提供实时充放电告警保护。各个支路充放电控制模块113还可以与多支路功率分配管理装置200进行通信，从而接受多支路功率分配管理装置200的统一协调控制及功率分配控制，实现充放电过程的生命周期管理和能量均衡管理，同时，各个支路充放电控制模块113可以向多支路功率分配管理装置200上送运行状态信息。
在一实施例中，多支路储能***10还可以设置与多支路功率分配管理装置200耦接的人机交互界面HMI310，HMI310显示多支路储能***10在充/放电过程的运行状态信息；在又一实施例中，各个支路充放电控制模块113上送的运行状态信息还可以通过多支路功率分配管理装置200进一步上送至云端320或服务器中。
每条支路110中的能量包111可能具有不同的SOH和/或SOC，特别是在能量包111采用梯次利用的电动汽车上的动力电池包时（例如电动汽车上报废的动力电池），SOH差异化明显，如何在多支路储能***10的使用过程中不断缩小它们的SOH差异，将是非常有意义的。
需要说明的是，能量包111的具体类型或者在储能***中应用时的具体状态不是限制性的。
继续如图1所示，多支路功率分配管理装置200用于实现对N条支路的功率分配管理，其中包括生命周期管理和/或能量均衡管理。多支路功率分配管理装置200例如可以作为多支路储能***10的主控制板，其可以采用ARM+HMI方式实现，也可采用工控机等计算机装置实现。多支路储能***10各组成部分之间可以通过例如CAN方式进行通信。
继续如图1所示，多支路功率分配管理装置200中设置有生命周期管理单元210，生命周期管理单元210用于在多条支路1101-110N的能量包1111-111N之间的健康状态SOH的差异程度超过预定允许值ΔSOHmax的情况下，控制优先利用SOH相对较大的支路110进行充/放电。
其中，预定允许值ΔSOHmax可以根据储能***10使用的能量包1111-111N之间的健康状态SOH的差异程度等因素来预先的设置，例如，其一般取小于或等于5%，这样，可以随着储能***10***的不断应用，能量包1111-111N的健康状态SOH的差异程度可以降至5%或以下。当然，差异程度的选值并不限于5%，其是可以根据具体情况而选择设置其他的值。
在一实施例中，多条支路1101-110N的能量包1111-111N之间的健康状态SOH的差异程度可以但不限于通过多条支路1101-110N的能量包1111-111N的最大SOH与最小SOH之间的第一差值ΔSOH表示。第一差值ΔSOH越大，表明它们的差异程度越大。
在一实施例中，生命周期管理单元210中设置有SOH差值计算模块211，其用于计算上述第一差值ΔSOH；例如，SOH差值计算模块211将各支路的SOH以从大到小的顺序依次排列，取最大SOH与最小SOH之间的第一差值ΔSOH。
进一步，如图1所示，生命周期管理单元210中还设置有判断模块212，判断模块212用于判断第一差值ΔSOH是否超过预定允许值ΔSOHmax；在ΔSOH＞ΔSOHmax的情况下，表示多条支路1101-110N的能量包1111-111N之间的健康状态SOH的差异程度超过预定允许值ΔSOHmax，即当前
能量包1111-111N之间的健康状态SOH的差异程度较大，需要引入生命周期管理；在ΔSOH≤ΔSOHmax的情况下，表示多条支路1101-110N的能量包1111-111N之间的健康状态SOH的差异程度未超过预定允许值ΔSOHmax，即当前能量包1111-111N之间的健康状态SOH的差异程度相对较小，可以暂时不需要引入生命周期管理。
需要说明的是，由于随着充放电过程的不断发生，每个能量包111的SOH也可能是动态变化的，因此，上述判断结果也可能是动态变化的。
进一步，如图1所示，生命周期管理单元210中还设置有第一优先级确定模块213，第一优先级确定模块213用于在被判断为超过预定允许值ΔSOHmax的情况下根据多条支路1101-110N的能量包1111-111N的SOH大小从大到小地依次确定充/放电的第一优先级，例如，SOH较大的能量包111对应的支路110的第一优先级相对较高；生命周期管理单元210在获得上述第一优先级后，这样，多支路功率分配管理装置200可以控制第一优先级相对较高的支路110优先进行充电或放电。
将理解，在上述实施例中，随着不断进行，SOH较大的能量包111的充放电过程发生更多，其SOH相对下降最快，从而，所有支路110的能量包111的SOH将趋于一致，直到ΔSOH≤ΔSOHmax。
在又一实施例中，生命周期管理单元210可以定义SOH的最低极限值，即预定极限值，当出现某个能量包111的SOH低于设定极限值时，为保证储能***10的容量真实性，可以认为该能量包111已经不具备在储能***10应用的价值，考虑从储能场景中退役；也就是说，生命周期管理单元210在多条支路1101-110N的能量包1111-111N的其中某一个能量包111x的SOH小于或等于预定极限值的情况下，将该能量包111x对应的支路110x从多条支路中排除，从而形成新的多条支路，例如多条支路1101-110(X-1)和110(X+1)-110N，这样，多个能量包的组合也对应得到更新。将理解，生命周期管理单元210可以基于新的多条支路进行上述生命周期管理。
需要说明的是，储能***10的多支路功率分配管理装置200也会实时计量各支路110的能量包111的充放电电量，以校正能量包111的SOH，保证储能***10的容量负荷标称容量。储能***10的整个生命周期期间，会统计每个能量包111所经历的充放电循环次数，SOH差值计算模块211在能量包111每经历过若干次（其可设置）充放电循环后，都会重新对各支路110的能量包111的SOH进行重新排序。
在又一实施例中，多支路功率分配管理装置200可以被配置为：在储能***10的充电可用总功率Pchg大于多条支路1101-110N的最大允许充电总功率的情况下，直接控制所述多条支路1101-110N的能量包以同等优先级进行充电；和/或在在储能***10的放电需求总功率Pdischg大于多条支路1101-110N的最大允许放电总功率的情况下直接控制多条支路1101-110N的能量包以同等优先级进行放电。这样，仅在充电可用总功率Pchg小于或等于多条支路的最大允许充电总功率的情况下和放电需求总功率Pdischg小于或等于多条支路的最大允许放电总功率的情况下，触发生命周期管理单元210进行上述生命周期管理过程。
继续如图1所示，多支路功率分配管理装置200中还设置有能量均衡管理单元220，能量均衡管理单元220用于在多条支路1101-110N的所有能量包1111-111N之间的SOH的差异程度未超过预定允许值ΔSOHmax的情况下基于每条支路110对应的能量包111的SOH和荷电状态SOC确定该每条支路110的充/放电优先级。SOH的差异程度未超过预定允许值ΔSOHmax的判断结果可以从上述实施例的判断模块212中获取。也即，确定ΔSOH≤ΔSOHmax的情况下，采用能量均衡管理单元220进行多条支路1101-110N的能量均衡管理。
在一实施例中，每条支路110的充/放电优先级通过以下方式实现，能量均衡管理单元220中设置优先级指数计算模块221，优先级指数计算模块221基于以下公式（1）计算每条支路对应的充电优先级指数P：
P= SOC-λ×SOH （1）；
其中，λ为加权系数，其进一步通过以下公式（2）计算：
其中，N为多条支路1101-110N的数量总和，N≥2，i表示N条支路的第i条，i≤N，ΔSOHi表示第i条支路的能量包的SOHi与多条支路1101-110N的所有能量包1111-111N中的最小SOH之间的差值。
同理，优先级指数计算模块221还用于基于以下公式（3）计算每条支路对应的放电优先级指数Q：
Q= SOC+λ×SOH （3）；
其中，λ为加权系数，其计算原理同上。
能量均衡管理单元220中进一步设置有第二优先级确定模块223，第二优先级确定模块223用于根据充电优先级指数P从小到大地依次确定充电的第二优先级，同理，根据放电优先级指数Q从大到小地依次确定充电的第二优先级。具体地，对多条支路1101-110N根据充电优先级指数P进行排序，确定充电的第二优先级；对多条支路1101-110N根据放电优先级指数Q进行排序，确定放电的第二优先级。
在一实施例中，能量均衡管理单元220还用于在充电优先级指数P/放电优先级指数Q小于或等于相应的预定值时根据多条支路1101-110N的所有能量包1111-111N的SOC来分配充/放电功率以使所有能量包的SOC趋于一致；例如，按SOC比值进行充放电功率分配。
以上实施例的多支路储能***10在使用多支路功率分配管理装置200进行充放电过程的功率分配管理后，可以根据***各支路110的能量包111（例如电池）的SOH的差异情况及充放电功率需求，进行能量包111间的生命周期的均衡管理，使各支路110的能量包111（的生命周期趋于一致，有效避免低SOH的能量包111的生命周期过快耗尽；同时，根据多支路储能***10的充放电功率需求，结合各支路110的能量包111的SOC以及SOH，可以得出充电优先级指数P、放电优先级指数Q，充电时优先低P值的能量包111充电，放电时优先高Q值的能量包111放电，这样，可快速有效调节各支路110的能量包111的SOC至一个比较均衡的状态，避免各支路110的能量包111长时间工作于荷电不均衡状态，有利于保证能量包111的健康状态的一致性。进一步采用按SOC比值进行充放电功率分配的方式进行能量包111之间的SOC的微调均衡，尽量是所有支路110的能量包111的SOC保持一致，进一步提升能量包111的荷电状态的均衡能力。
以下以多支路储能***10中的能量包111为梯次利用的电池（例如动力锂电池）为示例说明其工作远离，尤其是多支路功率分配管理装置200的工作原理。
为均衡各支路110的能量包111的能量，需要对多支路储能***10的充放电功率进行分配管理，其具体实现方案如下：
多支路储能***10的各支路110的功率的分配结合实际***总功率、各个支路110充放电工况、各支路110的能量包111的SOC状态、各支路110的能量包111的SOH等进行综合决策，其主要包括能量包111的生命周期管理和能量均衡管理，它们分别主要通过多支路功率分配管理装置200的生命周期管理单元210和能量均衡管理单元220实现。
电池生命周期管理
多支路储能***10可以设置关于各支路110的能量包111之间的SOH差异值的预定允许值ΔSOHmax（一般取5%以下），将各支路110的SOH从大到小的顺序依次排列，取最大SOH与最小SOH间的差值，即ΔSOH，然后根据该差值ΔSOH与ΔSOHmax的关系进行综合管理；同时，可以定义能量包111的SOH的预定极限值，其反映能够在多支路储能***10中使用的最低极限值，当出现某个能量包111的SOH低于设定的预定极限值时，为保证储能***10的容量真实性，可以确定该能量包111已经不具备在储能***应用的价值，考虑从储能***10中退役；储能***10也会实时计量各支路110的能量包111的充放电电量，以校正能量包111的SOH，保证储能***10的容量负荷标称容量；储能***10的整个生命周期期间，会统计每个能量包111所经历的充放电循环次数，生命周期管理单元210在能量包111每经历过若干次（可设置）充放电循环后，都会重新对各支路110的能量包111的SOH进行排序。
（1）如果ΔSOH >ΔSOHmax
在这种情况下，在满足***总功率需求的情况下，会优先利用能量包111的SOH最大的支路110，基本充电和放电过程如下。
（a）充电
若所处电网***功率足够，则给所有支路110的能量包111进行满功率充电；若***总功率不足，则按照能量包111的SOH形成排序表，给各能量包111的充电优先级进行排序，高SOH的优先充电，有富余时给次高SOH的能量包111充电，依次进行。而在某一能量包111充电过程中，其SOC会不断增大，对应的充电电流也会不断减小，则腾出的功率会留给其他能量包111进行充电。总之，整个充电过程中，会围绕***总功率、电池允许充电最大功率进行动态调节，最大效率地利用***总功率容量。当某一能量包111充满电时，会将其从充电优先级排序表中剔除，对剩余未充满电的能量包111的ΔSOH、ΔSOHmax关系进行重新考察，并按照上述原则继续进行充电，若剩余的能量包111满足ΔSOH ≤ΔSOHmax，则按照如下述第（2）方面的原则进行能量包111间的能量均衡管理。
（b）放电
同样按照所有支路110的能量包111的SOH高低排序形成用于放电的排序表，从而定义各个定义能量包111之间的放电优先级，其中，SOH高的能量包111将优先放电，直至其放完电后从放电优先级的排序表中剔除，比较剩余未放完的能量包111的SOH关系，若仍然满足ΔSOH >ΔSOHmax，则继续按上述原则放电；若剩余电池的ΔSOH、ΔSOHmax关系满足ΔSOH ≤ΔSOHmax，则按照如下述第（2）方面的原则进行能量包111间的能量均衡管理。
（2）在ΔSOH ≤ΔSOHmax 的情况下，按照以下描述的电池能量均衡管理原理进行充电或放电控制。
电池能量均衡管理
（1）充电
可以根据实际储能***10的充电总需求功率Pchg与所有支路110的最大允许充电总功率
的大小关系进行分配，其中，Pchg-i表示支路i对应的最大允许充电总功率。
（A）如果储能***10的充电总需求功率充裕，即
≥
。
这种情况下，各支路110均按PCS（Power Conversion System，电力转换***）所能转换的最大充功率来对能量包111进行充电，直至充电完成。
（B）如果储能***10的充电总需求功率Pchg不足。即
<
。
这种情况下，储能***10的充电可用总功率Pchg（例如对应为电网充电功率）小于所有支路110的最大允许充电总功率
，综合考虑各储能包111的SOH及SOC，由此得出充电优先指数P，其中，P值基于以下公式（1）计算：
P= SOC - λ×SOH （1）。
其中，λ为加权系数，λ用以衡量电池充放电时SOH的差异性对充放电优先级的影响，λ的计算方法如下所示（假设共有N个支路1101至110N）：
（a） 寻出N个支路1101至110N中的能量包的SOH的最小值SOHmin；
（b）依次算出其余各支路110的SOH同SOHmin的差值，即ΔSOH1、ΔSOH2、…、ΔSOHN-1；
（c）将其余各支路110的ΔSOH1、ΔSOH2、…、ΔSOHN-1累加计算，即通过以下公式（2）可计算加权系数λ：
可以确定，λ的取值范围为0~（N-1）ΔSOHmax。
由此，可以得出各支路110的能量包111的充电优先级指数P，继而将各支路充电优先级指数P按照从小到大的顺序依次排列，各支路110将得到各自的充电优先级指数P的排列序号，此序号将作为充电的优先级。
进一步，设定充电优先级指数P之间的允许的最大差值（即预定值X），若当前的最大充电优先级指数P与最小充电优先级指数P的差值小于该预定值X，则按照平均分配的原则给各支路110的能量包111进行充电；否则，先给支路110中充电优先级指数P最小的能量包111进行充电，进而，若有剩余功率，则给充电优先级指数P次低的支路110充电，顺而推之，直至对电网充电功率分配完毕。当充电优先级指数P之间的差异值小于预定值X后，进入均衡微调阶段，各支路110的功率按照其SOC的比值进行分配，直至充电完成。
（2）放电
与以上充电过程类似，可以根据实际储能***10的放电总需求功率Pdischg与所有支路110的最大允许放电总功率
的大小关系进行分配，其中，Pdischg-i表示支路i对应的最大允许放电总功率。
（A）如果储能***10的放电总需求功率Pdischg大于或等于所有支路110的最大允许放电总功率
，即
≥
。
此种工况下，各支路110将按照其对应的最大允许充电总功率进行放电，直至耗尽本支路110的能量包111所存储的能量。
（B）如果储能***10的放电总需求功率Pdischg小于所有支路110的最大允许放电总功率
，即
<
。
这种情况下，综合考虑各能量包111的SOH及SOC，基于以下公式（3）计算放电优先指数Q：
Q= SOC + λ×SOH （3）。
其中，λ为加权系数，其计算方法同上。由此，便可以得出各支路110的能量包111的放电优先级指数Q，将各支路110的能量包111的放电优先级指数Q按照从大到小顺序依次排列，各支路110将得到各自的放电优先级指数Q的排列序号，此序号将作为放电的优先级。
进一步，设定放电优先级指数Q之间的允许的最大差值（即预定值X），若当前的最大放电优先级指数Q与最小放电优先级指数Q的差值小于该预定值X，则按照平均分配的原则通过各支路110的能量包111进行放电；否则，支路110中放电优先级指数Q最高的能量包111优先放电，进而，若还不能满足***放电需求总功率Pdischg，则通过放电优先级指数Q次低的支路110进一步放电，顺而推之，直至各支路放电总功率满足储能***10的放电需求总功率Pdischg。当放电优先级指数Q之间的差异值小于预定值X后，进入均衡微调阶段，各支路的功率按照其SOC的比值进行分配，直至放电完成。
如此，便可保证各支路110在满足储能***10充放电需求总功率的情况下，进行各支路的充放电功率分配，能够快速实现各支路110的能量均衡，避免某一单独支路的过度使用或过充过放。
图2所示为按照本发明一实施例的多支路功率分配管理方法的流程图。以下结合图1和图2以充电过程为示例，说明本发明实施例的多支路功率分配管理方法。
首先，步骤S410，判断
≥
是否成立;如果判断为“是”进入步骤S420，如果判断为“否”进入步骤S430。
步骤S420，各个支路110均以其对应的最大允许充电总功率Pchg-i进行充电，直到步骤S470完成充电。该过程中，可以控制各个支路110以同等优先级进行充电。
步骤S430，将多条支路的能量包的最大SOH与最小SOH相减，计算出差值ΔSOH，当然，在该计算过程中，最小SOH大于预定极限值，在某一个能量包的SOH小于或等于预定极限值的情况下将该能量包对应的支路从多条支路中排除从而形成新的多条支路。
步骤S440，判断ΔSOH
ΔSOHmax是否成立；其中ΔSOHmax是预定允许值，其可以被预先地设定，例如，5%；如果判断为“是”进入步骤S451，如果判断为“否”进入步骤S461。
步骤S451，根据多条支路的能量包之间的SOH大小关系，按从大到小地依次确定充电的优先级。
步骤S452，优先满足较高SOH的支路进行充电，也即以步骤S451确定的优先级依次进行充电，直到步骤S470充电完成。
步骤S461，基于上述公式（1）和（2）计算每条支路对应的充电优先级指数P。
步骤S462，对各支路110的充电优先级指数P进行排序，例如，根据所述充电优先级指数P从小到大地排序，从而依次确定它们充电的优先级。
步骤S463，判断充电优先级指数P之间的差值是否小于或等于相应的预定值；如果判断为“是”进入步骤S464，如果判断为“否”进入步骤S465。
步骤S464，根据多条支路的多个能量包的SOC来分配充电功率以使多个能量包的SOC趋于一致，例如按多条支路110的能量包111之间的SOC的比值来分配，直到步骤S470，完成充电过程。
步骤S465，优先满足P值相对较低的支路进行充电，直到步骤S470完成充电过程
步骤S470，判断充电是否完成，判断为“否”的情况下返回步骤S410，否则直到依次充电结束。
图3所示为按照本发明又一实施例的多支路功率分配管理方法的流程图。以下结合图1和图3以放电过程为示例，说明本发明实施例的多支路功率分配管理方法。
首先，步骤S510，判断
≥
是否成立;如果判断为“是”进入步骤S520，如果判断为“否”进入步骤S530。
步骤S520，各个支路110均以其对应的最大允许放电总功率Pdischg-i进行放电，直到步骤S570完成放电。该过程中，可以控制各个支路110以同等优先级进行放电。
步骤S530，将多条支路的能量包的最大SOH与最小SOH相减，计算出差值ΔSOH，当然，在该计算过程中，最小SOH大于预定极限值，在某一个能量包的SOH小于或等于预定极限值的情况下将该能量包对应的支路从多条支路中排除从而形成新的多条支路。
步骤S540，判断ΔSOH
ΔSOHmax是否成立；其中ΔSOHmax是预定允许值，其可以被预先地设定，例如，5%；如果判断为“是”进入步骤S551，如果判断为“否”进入步骤S561。
步骤S551，根据多条支路的能量包之间的SOH大小关系，按从大到小地依次确定放电的优先级。
步骤S552，优先满足较高SOH的支路进行放电，也即以步骤S551确定的优先级依次进行放电，直到步骤S570放电完成。
步骤S561，基于上述公式（3）和（2）计算每条支路对应的放电优先级指数Q。
步骤S562，对各支路110的放电优先级指数Q进行排序，例如，根据放电优先级指数Q从大到小地排序，从而依次确定它们放电的优先级。
步骤S563，判断放电优先级指数Q之间的差值是否小于或等于相应的预定值；如果判断为“是”进入步骤S564，如果判断为“否”进入步骤S565。
步骤S564，根据多条支路的多个能量包的SOC来分配放电功率以使多个能量包的SOC趋于一致，例如按多条支路110的能量包111之间的SOC的比值来分配，直到步骤S570完成放电过程。
步骤S565，优先满足Q值相对较高的支路进行放电，直到步骤S570完成放电过程
步骤S570，判断放电是否完成，判断为“否”的情况下返回步骤S510，否则直到依次放电结束。
将理解，以上这些流程图可以由计算机程序指令来实现。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器以构成机器，以便由计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的这些指令创建用于实施这些流程图和/或框和/或一个或多个流程框图中指定的功能/操作的部件。
可以将这些计算机程序指令存储在计算机可读存储器中，这些指令可以指示计算机或其他可编程处理器以特定方式实现功能，以便存储在计算机可读存储器中的这些指令构成包含实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/操作的指令部件的制作产品。
可以将这些计算机程序指令加载到计算机或其他可编程数据处理器上以使一系列的操作步骤在计算机或其他可编程处理器上执行，以便构成计算机实现的进程，以使计算机或其他可编程数据处理器上执行的这些指令提供用于实施此流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能或操作的步骤。还应该注意在一些备选实现中，框中所示的功能/操作可以不按流程图所示的次序来发生。例如，依次示出的两个框实际可以基本同时地执行或这些框有时可以按逆序执行，具体取决于所涉及的功能/操作。
Claims (33)
1.一种用于多支路储能***的多支路功率分配管理装置，其特征在于，包括：
生命周期管理单元，其用于根据多条支路的能量包之间的健康状态SOH的差异程度确定是否优先利用SOH相对较大的支路进行充/放电；
其中，所述生命周期管理单元还用于在所述多条支路的能量包之间的健康状态SOH的差异程度超过预定允许值ΔSOHmax的情况下控制优先利用SOH相对较大的支路进行充/放电。
2.如权利要求1所述的多支路功率分配管理装置，其特征在于，还包括：能量均衡管理单元，其用于基于每条支路对应的能量包的SOH和荷电状态SOC确定该每条支路的充/放电优先级。
3.如权利要求2所述的多支路功率分配管理装置，其特征在于，所述能量均衡管理单元还用于在所述多条支路的能量包之间的SOH的差异程度未超过预定允许值ΔSOHmax的情况下基于每条支路对应的能量包的SOH和荷电状态SOC确定该每条支路的充/放电优先级。
4.如权利要求3所述的多支路功率分配管理装置，其特征在于，所述多条支路的能量包之间的健康状态SOH的差异程度通过所述多条支路的能量包的最大SOH与最小SOH之间的第一差值ΔSOH表示。
5.如权利要求4所述的多支路功率分配管理装置，其特征在于，所述生命周期管理单元包括：
SOH差值计算模块，其用于计算所述第一差值ΔSOH；
判断模块，其用于判断所述第一差值ΔSOH是否超过所述预定允许值ΔSOHmax；以及
第一优先级确定模块，其用于在被判断为超过所述预定允许值ΔSOHmax的情况下根据所述多条支路的能量包的SOH大小从大到小地依次确定充/放电的第一优先级。
6.如权利要求1所述的多支路功率分配管理装置，其特征在于，所述多支路功率分配管理装置还被配置为：在所述储能***的充电可用总功率Pchg大于多条支路的最大允许充电总功率的情况下直接控制所述多条支路的能量包以同等优先级进行充电；和/或
在所述储能***的放电需求总功率Pdischg大于多条支路的最大允许放电总功率的情况下直接控制所述多条支路的能量包以同等优先级进行放电。
7.如权利要求1至6中任一项所述的多支路功率分配管理装置，其特征在于，生命周期管理单元还用于在所述多条支路的能量包的其中某一个能量包的SOH小于或等于预定极限值的情况下将该能量包对应的支路从所述多条支路中排除从而形成新的所述多条支路。
8.如权利要求3所述的多支路功率分配管理装置，其特征在于，所述预定允许值ΔSOHmax小于或等于5%。
9.如权利要求2所述的多支路功率分配管理装置，其特征在于，所述能量均衡管理单元还包括：
优先级指数计算模块，其用于基于以下公式（1）计算每条支路对应的充电优先级指数P：
P= SOC-λ×SOH （1）；
其中，λ为加权系数，其通过以下公式（2）计算：
其中，N为所述多条支路的数量总和，N≥2，i表示N条支路的第i条，i≤N，ΔSOHi表示第i条支路的能量包的SOH与所述多条支路的能量包中的最小SOH之间的差值。
10.如权利要求9所述的多支路功率分配管理装置，其特征在于，所述能量均衡管理单元还包括：
第二优先级确定模块，其用于根据所述充电优先级指数P从小到大地依次确定充电的第二优先级。
11.如权利要求2所述的多支路功率分配管理装置，其特征在于，所述能量均衡管理单元还包括：
优先级指数计算模块，其用于基于以下公式（3）计算每条支路对应的放电优先级指数Q：
Q= SOC+λ×SOH （3）；
其中，λ为加权系数，其通过以下公式（2）计算：
其中，N为所述多条支路的数量总和，N≥2，i表示N条支路的第i条，i≤N，ΔSOHi表示第i条支路的能量包的SOH与所述多条支路的能量包中的最小SOH之间的差值。
12.如权利要求11所述的多支路功率分配管理装置，其特征在于，所述能量均衡管理单元还包括：
第二优先级确定模块，其用于根据所述放电优先级指数Q从大到小地依次确定放电的第二优先级。
13.如权利要求9所述的多支路功率分配管理装置，其特征在于，所述能量均衡管理单元还用于在所述充电优先级指数P之间的差值小于或等于相应的预定值时根据所述多条支路的多个能量包的SOC来分配充电功率，以使多个能量包的SOC趋于一致。
14.如权利要求11所述的多支路功率分配管理装置，其特征在于，所述能量均衡管理单元还用于在所述放电优先级指数Q之间的差值小于或等于相应的预定值时根据所述多条支路的多个能量包的SOC来分配放电功率，以使多个能量包的SOC趋于一致。
15.如权利要求1所述的多支路功率分配管理装置，其特征在于，所述能量包为梯次利用的用于电动汽车上的动力电池包。
16.一种多支路储能***，其包括多条支路，每条支路设置有能量包、功率变换模块和支路充放电控制模块；其特征在于，还包括：
与所述多条支路的支路充放电控制模块同时耦接的如权利要求1至15中任一所述的多支路功率分配管理装置。
17.如权利要求16所述的多支路储能***，其特征在于，还包括：
与所述多支路功率分配管理装置耦接的人机交互界面，其用于显示所述多支路储能***在充/放电过程的运行状态信息。
18.一种用于多支路储能***的多支路功率分配管理方法，其特征在于包括：
生命周期管理步骤：根据多条支路的能量包之间的健康状态SOH的差异程度确定是否优先利用SOH相对较大的支路进行充/放电，其中，
在生命周期管理步骤中，在所述多条支路的能量包之间的健康状态SOH的差异程度超过预定允许值ΔSOHmax的情况下控制优先利用SOH相对较大的支路进行充/放电。
19.如权利要求18所述的多支路功率分配管理方法，其特征在于，还包括：能量均衡管理步骤：基于每条支路对应的能量包的SOH和荷电状态SOC确定该每条支路的充/放电优先级。
20.如权利要求19所述的多支路功率分配管理方法，其特征在于，
在能量均衡管理步骤中，在所述多条支路的能量包之间的SOH的差异程度未超过预定允许值ΔSOHmax的情况下基于每条支路对应的能量包的SOH和荷电状态SOC确定该每条支路的充/放电优先级。
21.如权利要求20所述的多支路功率分配管理方法，其特征在于，所述多条支路的能量包之间的健康状态SOH的差异程度通过所述多条支路的能量包的最大SOH与最小SOH之间的第一差值ΔSOH表示。
22.如权利要求21所述的多支路功率分配管理方法，其特征在于，所述生命周期管理步骤包括：
计算所述第一差值ΔSOH；
判断所述第一差值ΔSOH是否超过所述预定允许值ΔSOHmax；以及
在被判断为超过所述预定允许值ΔSOHmax的情况下根据所述多条支路的能量包的SOH大小从大到小地依次确定充/放电的第一优先级。
23.如权利要求18所述的多支路功率分配管理方法，其特征在于，还包括步骤：
在所述储能***的充电可用总功率Pchg大于多条支路的最大允许充电总功率的情况下直接控制所述多条支路的能量包以同等优先级进行充电；和/或
在所述储能***的放电需求总功率Pdischg大于多条支路的最大允许放电总功率的情况下直接控制所述多条支路的能量包以同等优先级进行放电。
24.如权利要求18所述的多支路功率分配管理方法，其特征在于，所述生命周期管理步骤还包括：
在所述多条支路的所有能量包的其中某一个能量包的SOH小于或等于预定极限值的情况下将该能量包对应的支路从所述多条支路中排除从而形成新的所述多条支路。
25.如权利要求20所述的多支路功率分配管理方法，其特征在于，所述预定允许值ΔSOHmax小于或等于5%。
26.如权利要求19所述的多支路功率分配管理方法，其特征在于，所述能量均衡管理步骤还包括：
优先级指数计算子步骤：基于以下公式（1）计算每条支路对应的充电优先级指数P：
P= SOC-λ×SOH （1）；
其中，λ为加权系数，其通过以下公式（2）计算：
其中，N为所述多条支路的数量总和，N≥2，i表示N条支路的第i条，i≤N，ΔSOHi表示第i条支路的能量包的SOH与所述多条支路的能量包中的最小SOH之间的差值。
27.如权利要求26所述的多支路功率分配管理方法，其特征在于，所述能量均衡管理步骤还包括：
第二优先级确定子步骤：根据所述充电优先级指数P从小到大地依次确定充电的第二优先级。
28.如权利要求19所述的多支路功率分配管理方法，其特征在于，所述能量均衡管理步骤还包括：
优先级指数计算子步骤：基于以下公式（3）计算每条支路对应的放电优先级指数Q：
Q= SOC+λ×SOH （3）；
其中，λ为加权系数，其通过以下公式（2）计算：
其中，N为所述多条支路的数量总和，N≥2，i表示N条支路的第i条，i≤N，ΔSOHi表示第i条支路的能量包的SOH与所述多条支路的能量包中的最小SOH之间的差值。
29.如权利要求28所述的多支路功率分配管理方法，其特征在于，所述能量均衡管理步骤还包括：第二优先级确定子步骤：根据所述放电优先级指数Q从大到小地依次确定放电的第二优先级。
30.如权利要求26所述的多支路功率分配管理方法，其特征在于，所述能量均衡管理步骤还包括：在所述充电优先级指数P小于或等于相应的预定值时根据所述多条支路的所有能量包的SOC来分配充电功率，以使多个能量包的SOC趋于一致。
31.如权利要求28所述的多支路功率分配管理方法，其特征在于，所述能量均衡管理步骤还包括：在所述放电优先级指数Q小于或等于相应的预定值时根据所述多条支路的所有能量包的SOC来分配放电功率，以使多个能量包的SOC趋于一致。
32.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时能够实现以如权利要求18-31中任一项所述多支路功率分配管理方法的步骤。
33.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序可被处理器执行以实现如权利要求18-31中任一项所述多支路功率分配管理方法的步骤。
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