CN116674416A - 一种多终端电动汽车充电机功率分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多终端电动汽车充电机功率分配方法，方法包括：功率分配控制单元、多个充电模块、多个开关模块以及多个充电终端；所述模块与开关模块一一对应连接，每个所述开关模块分别连接至少一个所述充电终端；所述功率分别控制单元分别连接每个所述充电模块、每个所述开关模块以及每个所述充电终端；通过对每个开关模块控制，使得每个开关模块给对应的充电终端进行供电，流程简单，通用性强，对于不同电源模块、充电终端数量、充电终端功率等级的充电机均能适用。
Description
技术领域
本发明涉及电动车充电领域，特别涉及一种多终端电动汽车充电机功率分配方法。
背景技术
随着新能源电动汽车技术的发展，电动车应用领域的拓展，电动汽车支持的最大充电功率越来越高，最高充电充电功率可达几百千瓦。针对越来越复杂的充电需求，传统充电技术方案出现以下制约：
1、电网容量制约，由于受到投资经济性、电网条件和政策等条件制约，单个电动充电场站电网容量存在限制，若仅配置小功率充电终端，虽然能够保证一定的充电服务数量，但不能满足部分用户大功率快速补电的需求；若配置大功率充电机，则不能提供足够的充电充电终端。
2、车辆种类多样性，电动车辆种类越来越多，从物流卡车、公交巴士到私家乘用车、微型车，充电站要同时满足多种车型的充电需求，合理匹配充电资源，提高充电站的利用率，才能达到更好的营运效果。现有一体式充电机和常规分体式充电机均采用统一终端规格，平均分配的策略和方法，无法有效应对上述制约。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种多终端电动汽车充电机功率分配方法，通过功率分配装置的特殊结构和分配方法对充电模块进行合理分配和控制，达到在电网容量约束的限制条件下同时，满足多终端多种功率充电需求，提高充电机利用率。
第一方面，本发明提供了一种多终端电动汽车充电机功率分配方法，包括：功率分配控制单元、多个充电模块、多个开关模块以及多个充电终端；所述模块与开关模块一一对应连接，每个所述开关模块分别连接至少一个所述充电终端；所述功率分别控制单元分别连接每个所述充电模块、每个所述开关模块以及每个所述充电终端；具体包括如下步骤：
步骤1、功率分配控制单元接收所有充电终端的充电信息，所述充电信息包括：Kn、I_refn、V_refn、P_refn；所述Kn为充电终端的启动停止状态，启动状态为1，停止状态为0；所述I_refn为充电终端的需求电流档位，所述V_refn为充电终端的需求电压档位，所述P_refn为充电终端的需求功率档位；
步骤2、当V_ref在恒功率范围内，选取需求功率档位P_ref作为依据；当V_ref在设定电压范围外时，选取需求电流指令档位I_ref为依据，根据P_ref或I_ref从设定矩阵中获取对应的优先级值Levelxy，Levelxy表示充电终端编号为y，开关模块号为x的优先级值，所述恒功率范围是指充电模块最大功率输出的电压范围；
步骤3、计算每个充电终端中每个开关模块的优先级ALevel，即ALevelxy=Levelxy*Ky，x表示开关模块号，y表示充电终端编号，定义Ky为第y个充电终端的启动停止状态，启动状态为1，停止状态为0；所述ALevelxy为开关模块x的优先级值；比较不同充电终端中相同开关模块号的开关模块对应优先级元值ALevelxy，选取最高优先级对应的充电终端作为开关模块的输出指令。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
通过功率分配装置的特殊结构和分配方法对充电模块进行合理分配和控制，达到在电网容量约束的限制条件下同时，满足多终端多种功率充电需求，提高充电机利用率。
配合不同种类的充电终端，利用开关模块和特定的拓扑连接方式对充电模块和充电终端机进行连接，通过功率分配方法和控制系统控制开关模块工作，改变与充电终端连接的充电模块数量合理分配充电资源。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明功率分配装置的框架示意图；
图2为本发明开关模块示意图；
图3为本发明功率分配算法的示意图；
图4为本发明预设定的功率分配优先级矩阵示意图；
图5为本发明方法流程框图；
图6为本发明输入参数矩阵示意图；
图7为本发明实际分配优先级矩阵示意图；
图8为本发明初级分配结果示意图。
具体实施方式
本申请实施例中的技术方案，总体思路如下：
如图1和2所示，功率分配装置包括功率分配控制单元，多个充电模块、多个开关模块，功率分配控制单元通过通讯总线对每个充电模块、开关模块进行通讯，进行控制信号和反馈信号的交互。充电模块与开关模块一一对应，充电模块功率输出与对应开关模块输入端口相连。开关模块多路输出，每路输出与特定前端机相连，不同容量前端机配置不同数量开关模块与之相连。前端机通过通讯总线与功率分配控制单元相连进行充电数据交互。
如图2所示，开关模块结构由控制器和一系列开关或接触器组成，控制器通过通讯总线与功率分配控制单元相连，并对各个开关进行控制并对反馈状态进行监测，使开关模块中的闭合其中一个开关，就代表连接到某一个充电终端，给其供电。
如图3所示，本发明分配算法计算由前所示功率分配控制单元执行。 控制单元接收由充电终端反馈的BMS需求，以及其前端机工作状态信息，根据峰值功率限制、充电模块参数、功率分配控制优先级矩阵等预设参数，利用给定分配方法得到电源模块分配结果既功率分配结果，最后根据分配结果控制开关模块执行。
本发明执行需要依靠预设参数。其中，峰值功率限制是指充电机的总功率限制，该参数由充电机所连电网配电条件限制决定。充电模块参数主要包括模块最大功率、最大电流、恒功率范围。功率分配优先级矩阵为表征开关模块连接关系和功率分配优先级的参数矩阵。矩阵包含开关模块、充电终端、需求功率（或需求电流）三个维度组成，如图4所示；其中，矩阵中元素Level表示在特定工况下（既功率或电流需求范围内）开关模块与充电终端连接的优先级排序和连接状态，通过对不同需求分段，可以制定一系列二维矩阵。当矩阵元素取不同数值时，可以表示开关模块和充电终端未连接、连接开通优先级等多种状态。分配算法执行完成输出分配结果包括，开关模块闭合通道编号，充电模块限制功率；若是充电终端并没有与开关模块连接，则对应的level为0。
如图5所示，整个分配流程分为输入参数矩阵形成、实际分配优先级矩阵提取、初次分配、二次分配和结果输出几步。以下进行逐步说明：
步骤1、功率分配控制单元接收所有充电终端的充电信息，所述充电信息包括：Kn、I_refn、V_refn、P_refn；所述Kn为充电终端的启动停止状态，所述I_refn为充电终端的需求电流档位，所述V_refn为充电终端的需求电压档位，所述P_refn为充电终端的需求功率档位；
如图6所示，形成参数矩阵：其中启动停止状态Kn包含启动和停止两种状态；
所述I_refx为充电终端x需求电流除以充电模块最大电流的值，并向上取整；
所述V_refx为充电终端x的需求电压档位，所述P_refn为充电终端的需求功率档位；
其中需求电流档位I_ref由充电终端给定需求电流指令与充电模块最大电流相除向上取整得到，即I_refx=Ceil（充电终端x需求电流/充电模块最大电流）；
其中需求电压档位V_ref由充电终端给定需求电压指令与充电模块恒功率范围比较得到，即refx为终端x给定电压指令，VHmin为充电模块恒功率范围下限电压，VHmax为充电模块恒功率范围上限电压。
其中需求功率档位P_ref由充电终端给定需求电压电流指令乘积与充电模块最大功率相除向上取整得到，即P_refx=Ceil（充电终端x需求电流*充电终端x需求电压/充电模块最大功率）；
步骤2、根据输入参数抽取实际分配优先级矩阵，实际分配优先级矩阵，每个开关模块对应各个充电终端均对应一个实际优先级元素ALevel；
通过参数V_ref选取档位依据。当V_ref在恒功率范围，内选取需求功率档位P_ref作为依据。当V_ref在恒功率范围外时，选取需求电流指令档位I_ref为依据。根据I_ref或者P_ref的值，选取需求段在图4矩阵中查询对应Level值，即第I_ref或者P_ref的需求段，所述恒功率范围是指充电模块最大功率输出的电压范围；
根据公式可以对矩阵每个ALevel元素进行计算，即ALevelxy=Levelxy*Ky，x表示开关模块号，y表示充电终端编号，定义Ky为第y个充电终端的启动停止状态，启动状态为1，停止状态为0；
步骤3：根据图7所示矩阵进行初次分配，比较每个模块对应优先级元素ALevel，选取最高优先级对应的充电终端作为开关模块的输出指令依据。得到初级分配结果；若是存在优先等级相同的，则随机选择或者选择充电终端编号在前的；如图8所示，得到初次分配结果，每个充电模块连接对应的充电终端编号y；若该充电模块没有开启，则对应的y的值为0。
步骤4：二次分配，根据特定目标，对初次分配结果进行微调。
根据初次分配结果对每个充电终端分配的充电模块数量和最大输出功率（电流）进行计算。将计算结果与各充电终端需求参数进行比较。通过将部分模块分配结果进行微调，得到更高的模块利用率。
实施例一
本实施例提供一种多终端电动汽车充电机功率分配方法，包括：功率分配控制单元、多个充电模块、多个开关模块以及多个充电终端；所述模块与开关模块一一对应连接，每个所述开关模块分别连接至少一个所述充电终端；所述功率分别控制单元分别连接每个所述充电模块、每个所述开关模块以及每个所述充电终端；具体包括如下步骤：
步骤1、功率分配控制单元接收所有充电终端的充电信息，所述充电信息包括：Kn、I_refn、V_refn、P_refn；所述Kn为充电终端的启动停止状态，启动状态为1，停止状态为0；所述I_refn为充电终端的需求电流档位，所述V_refn为充电终端的需求电压档位，所述P_refn为充电终端的需求功率档位；
步骤2、当V_ref在恒功率范围内，选取需求功率档位P_ref作为依据；当V_ref在设定电压范围外时，选取需求电流指令档位I_ref为依据，根据P_ref或I_ref从设定矩阵中获取对应的优先级值Levelxy，Levelxy表示充电终端编号为y，开关模块号为x的优先级值，所述恒功率范围是指充电模块最大功率输出的电压范围；
步骤3、计算每个充电终端中每个开关模块的优先级ALevel，即ALevelxy=Levelxy*Ky，x表示开关模块号，y表示充电终端编号，定义Ky为第y个充电终端的启动停止状态，启动状态为1，停止状态为0；所述ALevelxy为开关模块x的优先级值；比较不同充电终端中相同开关模块号的开关模块对应优先级元值ALevelxy，选取最高优先级对应的充电终端作为开关模块的输出指令；
步骤4、根据设定的目标，对所述输出指令进行调整，得到最终指令；由于设定的目标，可以在输出之前，人为的进行调整，然后再输出最终指令。
充电分配装置采用模块化架构，硬件架构拓展性强，装置架构采用非对称连接方式，可以实现单台充电机输出多种功率等级充电终端，可同时满足单终端大功率，小功率多终端高低搭配等多种应用需求。功率分配方法流程简单，通用性强，对于不同电源模块、充电终端数量、充电终端功率等级的充电机均能适用。该方法引入需求功率、模块功率、模块恒功率区间等参数，可以根据充电需求和实际配置容量快速决定分配结果，充分利用充电机和电网容量。同时分配方法能通过调整分配优先级矩阵组进行分配策略的快速调整，通用性和适应性强。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (3)
1.一种多终端电动汽车充电机功率分配方法，其特征在于，包括：功率分配控制单元、多个充电模块、多个开关模块以及多个充电终端；所述模块与开关模块一一对应连接，每个所述开关模块分别连接至少一个所述充电终端；所述功率分别控制单元分别连接每个所述充电模块、每个所述开关模块以及每个所述充电终端；具体包括如下步骤：
步骤1、功率分配控制单元接收所有充电终端的充电信息，所述充电信息包括：Kn、I_refn、V_refn、P_refn；所述Kn为充电终端的启动停止状态，启动状态为1，停止状态为0；所述I_refn为充电终端的需求电流档位，所述V_refn为充电终端的需求电压档位，所述P_refn为充电终端的需求功率档位；
步骤2、当V_ref在恒功率范围内，选取需求功率档位P_ref作为依据；当V_ref在设定电压范围外时，选取需求电流指令档位I_ref为依据，根据P_ref或I_ref从设定矩阵中获取对应的优先级值Levelxy，Levelxy表示充电终端编号为y，开关模块号为x的优先级值，所述恒功率范围是指充电模块最大功率输出的电压范围；
步骤3、计算每个充电终端中每个开关模块的优先级ALevel，即ALevelxy=Levelxy*Ky，x表示开关模块号，y表示充电终端编号，定义Ky为第y个充电终端的启动停止状态，启动状态为1，停止状态为0；所述ALevelxy为开关模块x的优先级值；比较不同充电终端中相同开关模块号的开关模块对应优先级元值ALevelxy，选取最高优先级对应的充电终端作为开关模块的输出指令。
2.根据权利要求1所述的一种多终端电动汽车充电机功率分配方法，其特征在于，还包括步骤4、根据设定的目标，对所述输出指令进行调整，得到最终指令。
3.根据权利要求1所述的一种多终端电动汽车充电机功率分配方法，其特征在于，所述I_refx为充电终端x需求电流除以充电模块最大电流的值，并向上取整，即I_refx=Ceil（充电终端x需求电流/充电模块最大电流）；
其中需求功率档位P_ref由充电终端给定需求电压电流指令乘积与充电模块最大功率相除向上取整得到，即P_refx=Ceil（充电终端x需求电流*充电终端x需求电压/充电模块最大功率）；
其中需求电压档位V_ref由充电终端给定需求电压指令与充电模块恒功率范围比较得到，即refx为充电终端x给定电压指令，VHmin为充电模块恒功率范围下限电压，VHmax为充电模块恒功率范围上限电压。
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