本發(fā)明涉及技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于最優(yōu)效率的多功率段充電方法。

背景技術(shù)：

隨著電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)、電池儲(chǔ)能技術(shù)的不斷發(fā)展，電動(dòng)汽車數(shù)量不斷增長。目前針對電動(dòng)汽車的研究主要集中于家用轎車領(lǐng)域，在不久的將來，電動(dòng)汽車的應(yīng)用領(lǐng)域不會(huì)只局限在家用領(lǐng)域，在公共汽車領(lǐng)域、小型運(yùn)輸卡車領(lǐng)域都將有廣闊的發(fā)展前景。充電樁的建設(shè)在促進(jìn)電動(dòng)汽車發(fā)展過程中起著重要的作用，現(xiàn)有充電樁多是根據(jù)家用轎車等小型充電負(fù)載的要求設(shè)計(jì)，在滿足小型充電負(fù)載充電功率要求的同時(shí)也會(huì)留有一定的余量。當(dāng)大型充電樁使用針對小型負(fù)載充電樁時(shí)，便無法滿足充電功率的需求，完成充電需要耗費(fèi)大量的時(shí)間。

現(xiàn)有技術(shù)中提出一種多功率段并聯(lián)充電技術(shù)，能夠有效利用空閑的充電樁，即能滿足小功率充電負(fù)荷的需求，也能滿足大功率充電負(fù)荷的需求。其基本思想是與相鄰充電樁組成并聯(lián)充電系統(tǒng)，對于大功率充電負(fù)荷，最多可以讓3個(gè)充電樁同時(shí)為充電負(fù)荷供電，提升了充電樁的利用率，也提高了大功率充電負(fù)荷的充電功率要求。

但當(dāng)多個(gè)充電樁同時(shí)給充電負(fù)荷充電時(shí)，現(xiàn)有控制方法采用主充電樁控制電壓、從充電樁滿功率輸出控制方法。對于基于電力電子設(shè)備的充電樁而言，充電功率過大或過小時(shí)充電效率低，充電樁電能損耗大，會(huì)降低充電站的運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性。因此當(dāng)多個(gè)充電樁同時(shí)給充電負(fù)荷充電時(shí)，現(xiàn)有控制方法難以保證工作在效率最優(yōu)狀態(tài)。急需一種技既能保證多個(gè)充電樁并聯(lián)充電，又能多個(gè)充電樁工作在效率最優(yōu)狀態(tài)的方法，能夠有效降低充電過程中的電力損失，緩解充電過程中充電樁的發(fā)熱情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于最優(yōu)效率的多功率段充電方法，既能保證充電樁完成多種不同功率需求下的充電任務(wù)，又能保證充電過程中電力損失最小。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于最優(yōu)效率的多功率段充電方法，包括多個(gè)充電樁，每個(gè)充電樁都設(shè)有ac-dc變換器、通訊裝置和控制器，相鄰充電樁通過連接裝置電連接，包括以下步驟：

步驟一，每個(gè)控制器間隔設(shè)定時(shí)間計(jì)算各自ac-dc變換器的輸入功率、輸出功率以及功率損耗；

步驟二，每個(gè)控制器根據(jù)計(jì)算得到的功率損耗擬合出功率損耗關(guān)于輸出功率的損耗函數(shù)；

步驟三，相鄰設(shè)定個(gè)數(shù)的控制器將各自的損耗函數(shù)發(fā)送給其中一個(gè)控制器，該控制器作為主控制器進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算出每個(gè)充電樁的最優(yōu)充電功率然后發(fā)送給相應(yīng)的控制器；

步驟四，相鄰充電樁通過連接裝置電連接，按照接收到的最優(yōu)充電功率進(jìn)行充電。

所述步驟一中，功率損耗等于輸入功率減去輸出功率。

所述步驟一中，利用最小二乘法對離散數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合的損耗函數(shù)為：

其中a0、a1、a2為擬合得到的系數(shù)。

所述步驟三中，優(yōu)化過程中以所有充電樁的功率損耗之和最小為目標(biāo)函數(shù)。

所述步驟三中，優(yōu)化過程中的約束條件包括：所得最優(yōu)充電功率之和為電動(dòng)汽車的充電功率，每個(gè)最優(yōu)充電功率大于等于0且不超過充電樁的最大充電功率。

所述充電樁有三個(gè)時(shí)，每個(gè)充電樁擬合得到的系數(shù)分別為a10,a11,a12；a20,a21,a22；a30,a31,a32，則最優(yōu)解通過以下方程獲得：

a11+a12pref1＝a21+a22pref2

a21+a22pref2＝a31+a32pref3

pref1+pref2+pref3＝max(pev,3pcmax)，

其中pref1，pref2，pref3分別為3個(gè)充電樁的最優(yōu)充電功率，pev為電動(dòng)汽車的充電功率，

pcmax為充電樁的最大充電功率

當(dāng)pref1>pcmax時(shí)，通過以下方程計(jì)算pref2，pref3，

a21+a22pref2＝a31+a32pref3

pref2+pref3＝max(pev-pcmax,2pcmax)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明既能保證多個(gè)充電樁并聯(lián)充電，又能保證多個(gè)充電樁工作在效率最優(yōu)狀態(tài)，能夠有效降低充電過程中的電力損失，緩解充電過程中充電樁的發(fā)熱情況。

附圖說明

圖1為多功率段并聯(lián)充電系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為充電樁控制示意圖；

圖3為本發(fā)明的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1-2所示，一種基于最優(yōu)效率的多功率段充電方法所依賴的充電系統(tǒng)，包括多個(gè)充電樁，本實(shí)施例以三個(gè)為例進(jìn)行說明，每個(gè)充電樁都設(shè)有ac-dc變換器、通訊裝置和控制器，相鄰充電樁通過連接裝置電連接。

所述通訊裝置用來在相鄰充電樁間、充電樁與電動(dòng)汽車間傳遞所需的控制信號。

所述充電樁間的連接裝置能夠根據(jù)指令進(jìn)行閉合、打開動(dòng)作。

所述充電樁的中的ac-dc變換器具有檢測輸出電壓電流、輸出電壓電流的功能。

定義電動(dòng)汽車的充電功率為pev，充電樁的最大充電功率為pcmax。充電樁中的控制器每隔trecord記錄一次ac-dc變換器的輸出電壓電流有效值和輸出電壓電流有效值，并計(jì)算出輸出功率和輸入功率pin和pout?？刂破饔?jì)算出功率損耗ploss，ploss＝pin-pout，對輸出功率取整數(shù)，并在控制器中對應(yīng)于輸出功率的位置存儲(chǔ)功率損耗，相當(dāng)于形成了一個(gè)ploss＝f(pout)的函數(shù)表。該過程不需要單獨(dú)進(jìn)行，只需在給電動(dòng)汽車充電過程中記錄即可。充電樁的損耗特性隨著使用年限的增長而發(fā)生微小變化，因此上述計(jì)算功率損耗的功能一直在運(yùn)行。為避免數(shù)據(jù)記錄量隨著時(shí)間的增加而增長，新紀(jì)錄的數(shù)據(jù)會(huì)覆蓋原始數(shù)據(jù)，因此總的數(shù)據(jù)量不變，設(shè)數(shù)據(jù)總量為n，這些數(shù)據(jù)表示為(pouti，plossi)，其中i＝1,2,…,n。

在所述控制器加入損耗函數(shù)ploss＝f(pout)的生成算法。該算法利用最小二乘方法對離散數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，為簡化計(jì)算，設(shè)損耗函數(shù)為

其中a0,a1,a2為待定系數(shù)，需要通過下面公式確定：

所述三個(gè)充電樁中的控制器都執(zhí)行以上計(jì)算并確定本充電樁的損耗函數(shù)ploss＝f(pout)。為區(qū)分三個(gè)充電樁的待定系數(shù)，現(xiàn)分別將充電樁的a0,a1,a2待定系數(shù)表示為a10,a11,a12；a20,a21,a22；a30,a31,a32。

所述充電樁2,3的控制器分別將自己求得的系數(shù)a21,a22；a31,a32發(fā)送給充電樁1的控制器，充電樁1的控制器將進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算出3個(gè)充電樁的充電功率pref1，pref2，pref3。pref1，pref2，pref3可以通過求解以下最優(yōu)化問題獲得，目標(biāo)函數(shù)和約束方程如下：

minplosstotal＝ploss1+ploss2+ploss3＝f1(pref1)+f2(pref2)+f3(pref3)

s.tpref1+pref2+pref3＝pev

0≤pref1,pref2,pref3≤pcmax

所述充電樁1的控制器將計(jì)算出的pref1，pref2，pref3分別發(fā)送給3個(gè)充電樁的控制器。3個(gè)充電樁的控制器分別將本充電樁的充電功率控制到pref1，pref2，pref3，如圖2所示，其具體控制方法為業(yè)內(nèi)公知常識。

一種基于最優(yōu)效率的多功率段充電方法，整個(gè)過程流程圖如圖3所示，包括以下步驟:

1)充電樁中的控制器每隔trecord記錄一次ac-dc變換器的輸出電壓電流有效值和輸出電壓電流有效值，并計(jì)算出輸出功率和輸入功率pin和pout?？刂破饔?jì)算出功率損耗ploss，ploss＝pin-pout，對輸出功率取整數(shù)，并在控制器中對應(yīng)于輸出功率的位置存儲(chǔ)功率損耗，相當(dāng)于形成了一個(gè)ploss＝f(pout)的函數(shù)表。

2)在控制器1，2，3中分別運(yùn)行損耗函數(shù)ploss＝f(pout)的生成算法。該算法利用最小二乘方法對離散數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，為簡化計(jì)算，設(shè)損耗函數(shù)為

其中a0,a1,a2為待定系數(shù)，需要通過下面公式確定：

(pouti，plossi)，i＝1,2,…,n，來自于步驟1)測得的ploss＝f(pout)的函數(shù)表。為區(qū)分三個(gè)充電樁的待定系數(shù)，現(xiàn)分別將充電樁的a0,a1,a2待定系數(shù)表示為a10,a11,a12；a20,a21,a22；a30,a31,a32。

3)充電樁2,3的控制器分別將自己求得的系數(shù)a21,a22；a31,a32發(fā)送給充電樁1的控制器。

4)充電樁1的控制器將進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算出3個(gè)充電樁的充電功率pref1，pref2，pref3，即計(jì)算以下優(yōu)化問題的最優(yōu)解：

minplosstotal＝ploss1+ploss2+ploss3＝f1(pref1)+f2(pref2)+f3(pref3)

s.tpref1+pref2+pref3＝pev

0≤pref1,pref2,pref3≤pcmax

通過求解以下方程獲得：

a11+a12pref1＝a21+a22pref2

a21+a22pref2＝a31+a32pref3

pref1+pref2+pref3＝max(pev,3pcmax)

若某個(gè)充電功率超過了充電樁的最大充電功率pcmax(為方便說明，以pref1>pcmax為例進(jìn)行說明)。再求解以下方程計(jì)算pref2，pref3。

a21+a22pref2＝a31+a32pref3

pref2+pref3＝max(pev-pcmax,2pcmax)

5)所述充電樁1的控制器將計(jì)算出的pref1，pref2，pref3分別發(fā)送給3個(gè)充電樁的控制器。

6)閉合開關(guān)s1，s2，3個(gè)充電樁的控制器分別將本充電樁的充電功率控制到pref1，pref2，pref3。

本發(fā)明各個(gè)充電樁的控制器首先采集本充電樁的輸入功率和輸出功率，計(jì)算出個(gè)功率值時(shí)的充電樁損耗，并利用數(shù)值分析方法擬合出輸出功率和損耗的關(guān)系曲線f(pout)。當(dāng)電動(dòng)汽車加入充電樁時(shí)，充電樁能夠綜合考慮鄰近充電樁的工作狀況和整體充電效率最優(yōu)原則，合理分配參與充電的充電樁數(shù)量和每個(gè)充電樁的充電功率pref。既能保證充電樁完成多種不同功率需求下的充電任務(wù)，又能保證充電過程中電力損失最小。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。