CN108879811A - 多单元电源模块控制方法、控制器和直流快速充电桩 - Google Patents

多单元电源模块控制方法、控制器和直流快速充电桩 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多单元电源模块控制方法，包括：S1，根据每个电源模块的工作电流、工作温度，工作湿度确定每个电源模块的老化程度值；S2，根据每个电源模块的老化程度值，确定每个电源模块的转化效率；S3，按照每个电源模块的转换效率以及外部需求总功率，确定所需使用的电源模块的数量，并控制电源模块逐一输出电能。另外，本发明还公开了一种控制器和直流快速充电桩。采用本发明，提高了电源模块老化程度评估的精度。

Description

多单元电源模块控制方法、控制器和直流快速充电桩
技术领域
本发明属于电源技术领域，特别涉及到一种多单元电源模块控制方法、控制器和直流快速充电桩。
背景技术
近年来，随着直流快速充电设备的推广使用，目前直流快速充电设备的应用环境也越来越多，但不同的应用环境，也存在着电源模块的老化速率以及老化验证不均衡的问题，并且，因为当前国内的充电桩均为多电源模块并联使用，因此，随着直流快速充电桩功率的增加，所使用的模块数量也不断增加。但，因为控制方法的单一，使得各单元电源模块老化不均衡的问题更加严重，增加了直流快速充电设备的运营成本。
而对于老化，通常更多的关注使用时间、开关机次数。忽略了使用环境的温度、湿度等多重因素。因此，所获取的老化程度及老化效率并不准确。
另外，在电源模块的使用过程中，对于单个电源模块的输出需求分配，也没有充分考虑每个单元电源模块的老化对能量转换效率的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种多单元电源模块控制方法、控制器和直流快速充电桩，针对现有的电源模块的老化问题，提出一种参考因素更为全面的老化度的计算方法，并根据不同的老化程度确定电源模块的输出功率，使每个电源模块工作在最高转换效率的工况下。
为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种多单元电源模块控制方法，该方法包括：
S1，根据每个电源模块的工作电流、工作温度，工作湿度、工作时间、启停次数确定每个电源模块的老化程度值；
S2，根据每个电源模块的老化程度值，确定每个电源模块的转化效率；
S3，按照每个电源模块的转换效率以及外部需求总功率，确定所需使用的电源模块的数量，并控制电源模块逐一输出电能。
另外，所述步骤s1具体包括：
S11，获取开启时每个电源模块的工作电流I1、工作温度T1、工作湿度H1，并记录启停次数和工作时间；
S12，工作过程中，将当前工作电流与电流I1比较，将当前工作温度和工作湿度分别与工作温度T1、工作湿度H1比较，获取工作电流的最大值和最小值、工作温度的最大值和最小值、工作湿度的最大值和最小值；
S13，根据工作电流的最大值和最小值，确定工作电流的平均值；根据工作温度的最大值和最小值，确定工作温度的平均值；根据工作湿度的最大值和最小值，确定工作湿度的平均值；
S14，根据工作电流的平均值、工作温度的平均值以及工作湿度的平均值、工作时间、启停次数确定电池模块老化程度值。
另外，所述步骤S14采用的算法为：
0.7Tsum*(0.5I3+0.3T3+0.2H3)+0.3S1*(0.5I3+0.3T3+0.2H3)
其中，Tsum为各个单元电源模块在单次充电过程中的工作时间累加和；
S1为启停次数；I3为启停的平均冲击电流I3＝(I1+I2)/2；T3为平均工作温度；H3为平均工作湿度。
另外，所述步骤s2具体包括：
获取每个电源模块的老化程度值；
根据电源模块的老化程度值，确定每个电源模块的老化比例；
根据每个电源模块的老化比例和额定功率，确定每个电源模块可使用的功率。
另外，所述步骤s3具体包括：
S31，获取外部需求总功率；
S32，根据每个电源模块可使用的功率以及外部需求总功率，确定所需使用的电源模块的数量；
S33，根据需求电压和单个电源模块可使用的功率，确定所使用的每个电源模块的最大输出电流；
S34，将需求电流与正在工作的电源模块的最大输出电流比较，若需求电流大于最大输出电流，则控制所述电源模块按照最大输出电流输出电能，否则，按照需求电流输出电能。
另外，还包括：
开机时，从存储区域获取当前存储的各个电源模块的老化程度值，并根据老化程度值对电源模块进行排序；
每次所有模块都结束运行后，根据老化程度值对单元电源模块进行排序；开机启动时，从老化程度值低的电源模块开启。
相应的，本发明还提供一种多单元电源模块控制器，该控制器包括：老化程度确定单元，用于根据每个电源模块的工作电流、工作温度，工作湿度确定每个电源模块的老化程度值；
转化效率确定单元，用于根据每个电源模块的老化程度值，确定每个电源模块的转化效率；
电能输出控制单元，用于按照每个电源模块的转换效率以及外部需求总功率，确定所需使用的电源模块的数量，并控制电源模块逐一输出电能。
另外，所述老化程度确定单元包括：
平均电流、温度、湿度确定单元，用于获取开启时每个电源模块的工作电流I1、工作温度T1、工作湿度H1；工作过程中，将当前工作电流与电流I1比较，将当前工作温度和工作湿度分别与工作温度T1、工作湿度H1比较，获取工作电流的最大值和最小值、工作温度的最大值和最小值、工作湿度的最大值和最小值；并根据工作电流的最大值和最小值，确定工作电流的平均值；根据工作温度的最大值和最小值，确定工作温度的平均值；根据工作湿度的最大值和最小值，确定工作湿度的平均值；
老化程度值确定单元，根据工作电流的平均值、工作温度的平均值以及工作湿度的平均值、工作时间、启停次数确定电池模块老化程度值。
另外，所述转化效率确定单元包括：
老化比例确定单元，用于获取各个电源模块的老化程度值，根据每个电源模块的老化程度值，确定每个电源模块的老化比例；
可使用功率确定单元，用于根据每个单元电源模块的老化比例和额定功率，确定每个电源模块可使用的功率。
相应的，本发明还提供一种直流快速充电桩，该充电桩包括：桩体控制器和多个电源模块，每个电源模块分别与桩体控制器连接，其特征在于，所述桩体控制器为权利要求7-9中任一项中所述的多单元电源模块控制器。
本发明实施例在对电源模块老化程度进行评估时，不仅根据电源模块的历史使用时间和开关机次数来进行的，而且还考量了工作温度、工作湿度、启停的冲击大小、启停次数、使用用时间，等因素，与以往参考因素相比，提高了电源模块老化程度评估的精度。
附图说明
图1是本发明一种直流块速充电桩的一种实施例的示意图；
图2是本发明一种多单元电源模块控制器的一种实施例的示意图；
图3是本发明一种多单元电源模块控制方法的一种实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
参考图1，该图是本发明一种直流快速充电桩的一种实施例的示意图，该充电桩包括：桩体控制器1和多个电源模块2，每个电源模块2分别与桩体控制器连接，该桩体控制器为多单元电源模块控制器。该多单元电源模块控制器通过确定每个电源模块的老化程度，来评估每个电源模块的电能转化效率，进而根据电能转化效率分配电源模块的输出量，使的每个电源模块能工作在最高转换效率点，节约了能源。
下面对多单元电源模块控制器的控制方法进行说明。参考图2，该图是本发明多单元电源模块控制方法的一种实施例的流程示意图，该流程包括：
步骤S1，根据每个电源模块的工作电流、工作温度和工作湿度、工作时间、启停次数确定每个电源模块的老化程度值；
步骤S2，根据每个电源模块的老化程度值，确定每个电源模块的转化效率；
步骤S3，按照每个电源模块的转换效率以及外部需求总功率，
确定所需使用的电源模块的数量，并控制电源模块逐一输出电能。
具体实现时，步骤S1在电源模块老化程度计算时，用于计算的参数包括：工作温度、工作湿度、启停的冲击大小、启停次数、使用时间，下面进行详细说明。步骤S1具体包括：
步骤S11，获取开启时每个电源模块的工作电流I1、工作温度T1、工作湿度H1；该步骤在启动时进行，另外，在启动之前还有开机的过程，在开机时，还会从存储区域获取当前存储的各电源模块的老化率，并根据老化率对电源模块进行排序；并在开机启动时，从老化率低的模块启动；在工作过程中，记录各单元模块的启停次数、工作时间，并在各单元都停止运行后，再次更新老化率，并根据老化率对电源模块进行排序；
步骤S12，工作过程中，将当前工作电流与电流I1比较，将当前工作温度和工作湿度分别与工作温度T1，工作湿度H1比较，获取工作电流的最大值和最小值、工作温度的最大值和最小值、工作湿度的最大值和最小值；具体实现时，对于最小值的累积方法，通常是，在工作电流低于I1时，则更新I1，在当前温度低于T1时，就更新T1，在当前湿度低于H1时，就更新H1，这样最终获得了工作电流、工作温度和工作湿度的最小值；对于最大工作电流的获取方法，则也可以通过动态调节的方法获得，例如第一次出现大于启动电流I1的时候，就保存为I2，后续电流和I2进行比较，在电流大于I2时，更新I2，这样就获得了工作电流的最大值。而工作温度和湿度也可以通过记录最高温度点T2，最大湿度点H2，也可采用上述动态更新的方法来获得。另外，也可以记录启停次数的累加和S1(开始充电时，初始化为0)，以及各个电源模块在单次充电过程中的工作时间累加和，记录为Tsum(开始充电时，初始化为0)；
步骤S13，根据工作电流的最大值和最小值，确定工作电流的平均值I3＝(I1+I2)/2；根据工作温度的最大值和最小值，确定工作温度的平均值T3＝(T1+T2)/2；根据工作湿度的最大值和最小值，确定工作湿度的平均值H3＝(H1+H2)/2；
步骤S14，根据工作电流的平均值、工作温度的平均值以及工作湿度的平均值确定电池老化程度值，具体的算法为：
0.7Tsum*(0.5I3+0.3T3+0.2H3)+0.3S1*(0.5I3+0.3T3+0.2H3)
其中，Tsum为各个单元电源模块在单次充电过程中的工作时间累加和；
S1为启停次数；I3为启停的平均冲击电流I3＝(I1+I2)2；T3为平均工作温度；H3为平均工作湿度；
步骤S15，将单次的老化程度值叠加在历史值上，并存储到FLASH中，用于下次使用。
对于电源模块的工作效率问题，因为电源模块的电能转换效率在不同的输出功率下是不同的，并且这个转换效率也会受到电源模块老化程度的影响，老化程度越高，目标输出越低，其电能转化效率也越低，在电能转换中的电能浪费也越严重。本发明实施例针对此问题，在对各个电源模块进行输出目标分配时，综合电源模块的老化程度，来考虑各个电源模块的工作效率情况，对各个电源模块的能量转换效率来进行优化。
步骤s2具体实现时包括：
步骤s21，获取每个电源模块的老化程度值；具体实现时，开机时，先从FLASH读取保存的历史的老化程度值，假定使用了3个电源模块，则数值分别存入β1、β2、β3这3个变量中(这3个参数分别代表这3个电源模块的老化程度)；并且，在开机时，先按电源模块的老化程序来进行综合排序(从老化程度最低的模块开始启动)；
步骤s22，根据每个电源模块的老化程度值，确定每个单元电源模块的老化比例；具体实现时，如果包括3个电源模块，则各个电源模块的老化比例分别为α1＝β1/(β1+β2+β3)、α2＝β2/(β1+β2+β3)、α3＝β3/(β1+β2+β3)；
步骤s23，根据每个电源模块的老化比例和额定功率，确定每个单元电源模块可使用的功率；具体实现时，依据老化比例分别计算出各电源模块可以使用的功率(基准功率假设为P1，这个基准功率为所使用的电源模块的额定功率)以及公式Px＝αx*P1计算分别为P1、P2、P3。
步骤s3具体实现时，包括：
步骤s31，获取外部需求总功率；具体实现时，收到充电需求后，比如需求电流为I、需求电压为U，那么此需求所需要所有电源模块输出的功率的总功率为P＝UI(这里使用的功率认为是有功功率)；
步骤s32，根据每个电源模块可使用的功率以及外部需求总功率，确定所需使用的电源模块的数量；具体实现时，根据Px＝αx*P1来计算各个电源模块允许输出的功率；
步骤s33，根据需求电压和单个电源模块可使用的功率，确定所使用的单个电源模块的最大输出电流；具体实现时，结合需求电压U，来计算各个电源模块的最大允许输出电流为Ix；
步骤s34，将需求电流与正在工作的电源模块的最大输出电流比较，若需求电流大于最大输出电流，则控制该电流模块按照最大输出电流输出电能，否则，按照需求电流输出电能。
本发明实施例，在对电源模块老化程度进行评估时，不仅根据电源模块的历史使用时间和开关机次数来进行的，而且还考量了工作温度、工作湿度、启停的冲击大小、启停次数、使用时间等因素。与以往参考因素相比，提高了电源模块老化程度的评估精度。
另外，在电源模块老化程度评估的基础上，对各个电源模块的老化比例进行评估，并确定各个电源模块的转化效率，从而根据各个电源模块的转化效率，分配电源模块的输出量，提高了电源模块的利用率，减小了能源的浪费。
下面对本发明的多单元电源模块控制器的内部功能模块进行说明。参考图3，该图是本发明一种多单元电源模块控制器的一种实施例的示意图，该控制器包括：老化程度确定单元11、转化效率确定单元12和电能输出控制单元13。具体实现时，首先由老化程度确定单元11根据每个电源模块的工作电流、工作温度，工作湿度确定每个电源模块的老化程度值；然后，由转化效率确定单元根据每个电源模块的老化程度值，确定每个电源模块的转化效率；最后，由电能输出控制单元13按照每个电源模块的转换效率以及外部需求总功率，确定所需使用的电源模块的数量，并控制电源模块逐一输出电能。
具体实现时，老化程度确定单元11包括：平均电流、温度、湿度确定单元和老化程度值确定单元；转化效率确定单元包括：老化比例确定单元和可使用功率确定单元。
其中，平均电流、温度、湿度确定单元用于获取开启时每个电源模块的工作电流I1、工作温度T1、工作湿度H1；并在工作过程中，将当前工作电流与电流I1比较，将当前工作温度和工作湿度分别与工作温度T1、工作湿度H1比较，获取工作电流的最大值和最小值、工作温度的最大值和最小值、工作湿度的最大值和最小值；并根据工作电流的最大值和最小值，确定工作电流的平均值；根据工作温度的最大值和最小值，确定工作温度的平均值；根据工作湿度的最大值和最小值，确定工作湿度的平均值；
老化程度值确定单元，根据工作电流的平均值、工作温度的平均值以及工作湿度的平均值、工作时间、启停次数确定电池模块老化程度值；
老化比例确定单元，用于获取各个电源模块的老化程度值，根据每个电源模块的老化程度值，确定每个电源模块的老化比例；
可使用功率确定单元，用于根据每个单元电源模块的老化比例和额定功率，确定每个电源模块可使用的功率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多单元电源模块控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据每个电源模块的平均工作电流、平均工作温度和平均工作湿度、工作时间、启停次数确定每个电源模块的老化程度值；
S2，根据每个电源模块的老化程度值，确定每个电源模块的转化效率；
S3，按照每个电源模块的转换效率以及外部需求总功率，确定所需使用的电源模块的数量，并控制电源模块逐一输出电能。
2.根据权利要求1所述的多单元电源模块控制方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括：
S11，获取开启时每个电源模块的工作电流I1、工作温度T1、工作湿度H1记录工作的启停次数和工作时间；
S12，工作过程中，将当前工作电流与电流I1比较，将当前工作温度和工作湿度分别与工作温度T1、工作湿度H1比较，获取工作电流的最大值和最小值、工作温度的最大值和最小值、工作湿度的最大值和最小值；
S13，根据工作电流的最大值和最小值，确定工作电流的平均值；根据工作温度的最大值和最小值，确定工作温度的平均值；根据工作湿度的最大值和最小值，确定工作湿度的平均值；
S14，根据工作电流的平均值、工作温度的平均值以及工作湿度的平均值、、工作时间和启停次数确定电池模块老化程度值。
3.根据权利要求1所述的多单元电源模块控制方法，其特征在于，所述步骤S14采用的算法为：
0.7Tsum*(0.5I3+0.3T3+0.2H3)+0.3S1*(0.5I3+0.3T3+0.2H3)
其中，Tsum为各个单元电源模块在单次充电过程中的工作时间累加和；
S1为启停次数；I3为启停的平均冲击电流；T3为平均工作温度；H3为平均工作湿度。
4.根据权利要求1所述的多单元电源模块控制方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括：
获取每个电源模块的老化程度值；
根据电源模块的老化程度值，确定每个电源模块的老化比例；
根据每个电源模块的老化比例和额定功率，确定每个电源模块可使用的功率。
5.根据权利要求1所述的多单元电源模块控制方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括：
S31，获取外部需求总功率；
S32，根据每个电源模块可使用的功率以及外部需求总功率，确定所需使用的电源模块的数量；
S33，根据需求电压和单个电源模块可使用的功率，确定所使用的每个电源模块的最大输出电流；
S34，将需求电流与正在工作的电源模块的最大输出电流比较，若需求电流大于最大输出电流，则控制所述电源模块按照最大输出电流输出电能，否则，按照需求电流输出电能。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的多单元电源模块控制方法，其特征在于，还包括：
开机时，从存储区域获取当前存储的各个电源模块的老化程度值，并根据老化程度值对电源模块进行排序；
开机启动时，从老化程度值低的电源模块开启；
每次所有的模块都停止运行后，对所有的电源模块，根据老化程度值进行排序。
7.一种多单元电源模块控制器，其特征在于，包括：
老化程度确定单元，用于根据每个电源模块的工作电流、工作温度、工作湿度、工作时间、启停次数确定每个电源模块的老化程度值；
转化效率确定单元，用于根据每个电源模块的老化程度值，确定每个电源模块的转化效率；
电能输出控制单元，用于按照每个电源模块的转换效率以及外部需求总功率，确定所需使用的电源模块的数量，并控制电源模块逐一输出电能。
8.根据权利要求7所述的多单元电源模块控制器，其特征在于，所述老化程度确定单元包括：
平均电流、温度、湿度确定单元，用于获取开启时每个电源模块的工作电流I1、工作温度T1、工作湿度H1；工作过程中，将当前工作电流与电流I1比较，将当前工作温度和工作湿度分别与工作温度T1、工作湿度H1比较，获取工作电流的最大值和最小值、工作温度的最大值和最小值、工作湿度的最大值和最小值；并根据工作电流的最大值和最小值，确定工作电流的平均值；根据工作温度的最大值和最小值，确定工作温度的平均值；根据工作湿度的最大值和最小值，确定工作湿度的平均值；
老化程度值确定单元，根据工作电流的平均值、工作温度的平均值以及工作湿度的平均值、工作时间、启停次数确定电池模块老化程度值。
9.根据权利要求7所述的多单元电源模块控制器，其特征在于，所述转化效率确定单元包括：
老化比例确定单元，用于获取各个电源模块的老化程度值，根据每个电源模块的老化程度值，确定每个电源模块的老化比例；
可使用功率确定单元，用于根据每个单元电源模块的老化比例和额定功率，确定每个电源模块可使用的功率。
10.一种直流快速充电桩，包括桩体控制器和多个电源模块，每个电源模块分别与桩体控制器连接，其特征在于，所述桩体控制器为权利要求7-9中任一项中所述的多单元电源模块控制器。
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