CN112757955A - 电动汽车充电功率曲线追踪方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种电动汽车充电功率曲线追踪方法及系统，根据当前充电模块的实际输出电压计算出当前对应的输出电流，并按照电动汽车需求电压电流来动态分配投入的充电模块数量；利用热切换机制进行充电模块数量的热加减变化，从而实现充电桩的智能负荷分配。通过充电机模块的功率曲线进行实时追踪，并将追踪的数据和电动汽车BMS需求数据进行综合考虑，合理得到充电机模块分配策略，利用各时刻得到的分配策略，判断所需充电模块的数量变化，利用热切换的机制实现在充电过程中充电模块的热切换，具有很强的普适性，且提高了充电设备的效能。

Description

电动汽车充电功率曲线追踪方法及系统
技术领域
本公开涉及一种电动汽车充电功率曲线追踪方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
伴随着新能源电动汽车的普及，电动汽车充电设备也进入了高速发展阶段，如何充分利用充电桩的功率提高充电效能成为充电控制策略的研究重点。
但是，据发明人了解，现有充电机模块切换机制多数在充电启动前或启动过程中按照充电机模块的最大输出功率将充电机模块数量进行固定，充电过程中不再进行动态切换，但是充电过程中随着车辆需求曲线的变化以及充电机模块输出特性曲线的变化，充电机功率的利用率会降低，大大降低充电效能。同时，由于充电机模块切换机制仅仅以数量为考量，并没有提供详细的功率分配策略和切换机制。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种电动汽车充电功率曲线追踪方法及系统，本公开能够实现在充电过程中充电机模块的热切换，具有很强的普适性，且提高了充电设备的效能。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种电动汽车充电功率曲线追踪方法，根据当前充电模块的实际输出电压计算出当前对应的输出电流，并按照电动汽车需求电压电流来动态分配投入的充电模块数量；利用热切换机制进行充电模块数量的热加减变化，从而实现充电桩的智能负荷分配。
通过充电机模块的功率曲线进行实时追踪，并将追踪的数据和电动汽车BMS需求数据进行综合考虑，合理得到充电机模块分配策略，利用各时刻得到的分配策略，判断所需充电模块的数量变化，利用热切换的机制实现在充电过程中充电模块的热切换，具有很强的普适性，且提高了充电设备的效能。
所谓的热切，并不是指带高负载切换，是指充电模块不用处于关机状态来切换。
作为一种实施方式，电动汽车需求电压电流通过电动汽车车辆BMS需求数据进行确定。
作为一种实施方式，在恒功率段，利用充电模块在恒功率段内功率不变，动态计算出恒功率阶段当前单充电模块的最大输出电流，根据电流计算出满足当前满足电动汽车需求所需模块个数。
作为一种实施方式，在非恒功率段，根据充电模块的特性曲线变化，即当前最大输出电流等于当前输出电压和第一实数的差值与第二实数的乘积，计算出满足当前满足车辆需求所需模块个数，其中，第一实数和第二实数均为非零。
作为一种实施方式，若需要减少模块数量，则调节设定数量的充电模块电压降低至设定值后进行切除，若需要增加模块数量，则调节设定数量的充电模块电压上升至设定值后投入充电，继续调整电压值到需求电压。
作为一种实施方式，如果当前充电设备没有空闲充电模块，强制从其他充电输出回路切回一组充电模块。
作为一种实施方式，根据当前的实际输出电压计算出当前单模块的最大输出电流，用总的需求电流除单模块的最大输出电流获得模块数量，按照当前使用的充电模块数量与需求的充电模块数量进行对比，实现充电模块的热加减控制。
一种电动汽车充电功率曲线追踪热切换系统，包括充电主控单元、控制模块和多个开关模块，每个开关模块控制一个充电模块的是否投入；
所述充电主控单元，被配置为与电动汽车的BMS交互，得到车辆充电需求；
所述控制模块，被配置为接收所述充电需求，根据当前充电模块的实际输出电压计算出当前对应的输出电流，进而动态分配充电模块数量，并根据当前时刻计算的需要投入的充电模块数量，控制设定个数的充电模块的电压预升/降，待到达设定电压值后，控制对应的开关模块，投入或切除相应的充电模块。
作为进一步的限定，当充电主控单元发送停机指令给控制模块，控制模块收到停机指令后将所有接入的充电模块泄放，将所有充电模块切出充电主回路。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种电动汽车充电功率曲线追踪方法。
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种电动汽车充电功率曲线追踪方法。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开创新的提供了一种基于充电需要的动态负荷分配技术，能够根据充电需求，结合当前充电模块的实际输出电压计算出当前对应的输出电流，进而动态分配充电模块数量，并根据当前时刻计算的需要投入的充电模块数量，控制设定个数的充电模块的电压预升/降，待到达设定电压值后，控制对应的开关模块，投入或切除相应的充电模块，控制流程简单，容易实现；同时以充电模块的功率曲线为切换基础，提高了各个充电模块的利用率。
同时，本公开创新的提供一种无损热切换技术，在其切换过程中利用充电模块的电压预升/降，充电模块热切换过程负荷分配开关无损，使用寿命大大延长；对负荷分配开关的切换电压电流大大降低，无需使用体积大成本高的高压直流接触器，其能够尽可能减少对硬件的冲击，从理论基础上提搞了硬件的使用寿命。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1是系统原理图；
图2是充电启动过程充电模块热切换机制图；
图3是充电过程中动态热加减过程示意图；
图4是停机过程充电模块切换图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术中所述的，现有的充电过程中，充电过程中随着车辆需求曲线的变化以及充电机模块输出特性曲线的变化，充电机功率的利用率会降低，这是因为，充电机模块为单个固定功率模块，例如单个20kW的充电机模块在电压500V最大输出电流为30A，但是在600V的时候会输出34A，假如不按照特性曲线追踪，将单个模块的最大输出电流设置为30A，当车辆总需求为在600V，61A时，按照单个模块30A的分配的话需要3个模块，但是如果追踪曲线当前在600V时最大可以输出34A，这样就可以只分配2个模块，剩下的模块可以服务更多的车辆，不会造成功率的浪费。
同时，如果将单个模块最大输出电流设置为34A，当车辆总需求为在500V，65A时，按照单个模块34A分配的话需要2个模块，此时单个模块实际不能输出34A，总的输出电流不能达到65A，但是如果追踪曲线当前在500V时最大可以输出30A，这样如果有更多空闲模块的情况下就可以分配3个模块，提高充电效率。
如图1所示，在一个充电系统内，基于充电机模块功率曲线追踪热切换技术主要涉及如下组件：充电主控单元，控制单元所连接的功率单元、开关模块和充电模块。
充电主控单元完成车辆BMS需求数据交互，充电过程中功率单元根据当前充电模块的实际输出电压计算出当前对应的输出电流，并按照充电主控单元发送的需求电压电流来动态分配模块数量，实现充电机模块分配策略，然后通过充电模块的热切换机制实现充电模块数量的热加减控制，从而实现充电桩的智能负荷分配。
明确充电机模块的功率曲线追踪技术，当充电机模块处于恒功率段内时利用充电机模块在功率曲线的恒功率段部分功率不变的原理利用公式：单模块当前最大输出电流＝单模块当前最大输出功率/当前输出电压，动态计算出恒功率阶段当前单充电模块的最大输出电流，根据电流计算出满足当前满足车辆需求所需模块个数；
当充电机模块处于功率曲线的非恒功率段内时根据充电模块的特性曲线变化利用公式：c＝(v-b)/k，其中c为当前最大输出电流、v为当前输出电压、b为非零实数、k为非零实数，根据电流计算出满足当前满足车辆需求所需模块个数。
作为一种典型的示例，热加载过程为，绑定若干充电模块的充电终端以一定的电压充电，在进行预加载的充电模块启机，设置其输出电压值比充电电压低一定值(在本实施例中取10V)，此时，预加载模块的电压值低于充电电压，此模块无电流输出。又因为模块输出端都有防倒灌二极管，母线电流不会对预加载充电模块进行电流回灌)，再开通磁保持继电器，提高预加载模块电压，和已绑定模块输出电压同步，共同均分输出电流。
热剔除和热加载是相似的的，不同之处在于预提出充电模块先降压10V，再切断开关。
根据上述实施例，进行控制开关的通断，继电器两端始终承受10V左右的电压，无电流输出，所以不会产生大电弧破坏继电器触点。
充电模块热切换过程负荷分配开关无损，使用寿命大大延长；对负荷分配开关的切换电压电流大大降低，无需使用体积大成本高的高压直流接触器。
如图2所示，启动充电过程中充电主控单元通知功率单元进行绝缘检测启动，功率单元分配一组充电模块，如果当前没有空闲充电模块，则强制从其他充电输出回路切回一组充电模块，优先保证充电桩的可用性。
具体的，充电主控单元下发启动充电指令，功率单元判断现在是否有空闲的充电模块，如果有，则分配相应计算的数量的充电模块，控制切换开关模块，将分配的各充电模块投入到充电回路中，按照需求电压，启动相应的充电模块。
如果没有空闲的充电模块了，则查找可以抢占的充电模块，如果有可以抢占的模块，则将可抢占的充电模块调压至低于当前输出电压设定值的电压值上，切换开关将相应的充电模块切除原回路，并控制相应的充电模块停机。
如图3所示，充电过程中充电主控单元将车辆BMS需求发送至功率单元，功率单元根据当前的实际输出电压计算出当前单模块的最大输出电流，用总的需求电流除单模块的最大输出电流获得模块数量，按照当前使用模块数量与需求模块数量进行对比，实现模块的热加减控制。若需要减少模块数量，则调节设定数量的充电模块电压降低至设定值后进行切除，若需要增加模块数量，则调节设定数量的充电模块电压上升至设定值后投入充电，继续调整电压值到需求电压。
如图4所示，当需要进行停机时，充电主控单元发送停机指令给功率单元，功率单元收到停机指令后将模块停机，泄放，将所有充电模块切出充电主回路。
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种电动汽车充电功率曲线追踪方法，其特征是：根据当前充电模块的实际输出电压计算出当前对应的输出电流，并按照电动汽车需求电压电流来动态分配投入的充电模块数量；利用热切换机制进行充电模块数量的热加减变化，从而实现充电桩的智能负荷分配。
2.如权利要求1所述的一种电动汽车充电功率曲线追踪方法，其特征是：电动汽车需求电压电流通过电动汽车车辆BMS需求数据进行确定。
3.如权利要求1所述的一种电动汽车充电功率曲线追踪方法，其特征是：在恒功率段，利用充电模块在恒功率段内功率不变，动态计算出恒功率阶段当前单充电模块的最大输出电流，根据电流计算出满足当前满足电动汽车需求所需模块个数。
4.如权利要求1所述的一种电动汽车充电功率曲线追踪方法，其特征是：在非恒功率段，根据充电模块的特性曲线变化，即当前最大输出电流等于当前输出电压和第一实数的差值与第二实数的乘积，计算出满足当前满足车辆需求所需模块个数，其中，第一实数和第二实数均为非零。
5.如权利要求1所述的一种电动汽车充电功率曲线追踪方法，其特征是：若需要减少模块数量，则调节设定数量的充电模块电压降低至设定值后进行切除，若需要增加模块数量，则调节设定数量的充电模块电压上升至设定值后投入充电，继续调整电压值到需求电压。
6.如权利要求1所述的一种电动汽车充电功率曲线追踪方法，其特征是：如果当前充电设备没有空闲充电模块，强制从其他充电输出回路切回一组充电模块。
7.如权利要求1所述的一种电动汽车充电功率曲线追踪方法，其特征是：根据当前的实际输出电压计算出当前单模块的最大输出电流，用总的需求电流除单模块的最大输出电流获得模块数量，按照当前使用的充电模块数量与需求的充电模块数量进行对比，实现充电模块的热加减控制。
8.一种电动汽车充电功率曲线追踪热切换系统，其特征是：包括充电主控单元、控制模块和多个开关模块，每个开关模块控制一个充电模块的是否投入；
所述充电主控单元，被配置为与电动汽车的BMS交互，得到车辆充电需求；
所述控制模块，被配置为接收所述充电需求，根据当前充电模块的实际输出电压计算出当前对应的输出电流，进而动态分配充电模块数量，并根据当前时刻计算的需要投入的充电模块数量，控制设定个数的充电模块的电压预升/降，待到达设定电压值后，控制对应的开关模块，投入或切除相应的充电模块。
9.一种计算机可读存储介质，其特征是：其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-7中任一项所述的一种电动汽车充电功率曲线追踪方法。
10.一种终端设备，其特征是：包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-7中任一项所述的一种电动汽车充电功率曲线追踪方法。
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