一种充电方法、控制系统及存储介质与流程

专利2022-06-29  84


本发明涉及充电技术领域,尤其涉及一种充电方法、控制系统及存储介质。



背景技术:

随着科技的发展,越来越多的地方需要用到大电流充电技术,储能式城轨就是其中一个很重要的应用。储能式城轨是一种以超级电容为动力源的新型城轨,其优点在于不需架设牵引电网,并且可以吸收回馈制动的能量。停靠站台时,利用乘客短暂的上下车时间,通过地面充电系统快速完成充电,以确保储能式城轨的继续运行。由于充电时间短,充电的需求功率大,短时间里将会有很大充电电流,在广州储能式城轨充电站中充电电流达到了900a,如此大的充电电流会严重影响到充电站中的开关器件、电感以及超级电容等元器件的使用寿命。

在传统的大电流充电系统中,为了减少大电流对充电系统的影响,常采用的方法是设计拥有更高功率的开关器件、电感以及超级电容等元器件,让系统具有更好的稳定性。但设计更大功率元器件必然会导致元器件成本的增加,这不利于充电站的大量建设,与此同时元器件的功率越高,设计的难度也越大。与此同时,在大电流充电过程,会有很大的超调,电流超调会在一瞬间加大流过元器件的电流,过电流会造成开关器件的击穿和短路,甚至导致充电站发生严重的事故。所以在储能式城轨充电系统中的瞬时过电流和稳态大电流会严重影响充电系统的稳定性和使用寿命。



技术实现要素:

本发明提供了一种充电方法、控制系统及存储介质,以解决现有大电流充电技术中电流超调影响充电系统使用寿命及成本高的问题。

第一方面,提供了一种充电方法,包括:

按预设时间间隔周期性采集并联的多路充电模块的实时电流;

当检测到某一充电模块的电流超调超过预设值时,更改该充电模块的预设电流参考值;

根据每个充电模块的实时电流计算出每个充电模块对应的协同偏差;

根据每个充电模块对应的协同偏差计算出对应充电模块的开关器件的占空比,控制对应充电模块的充电电流。

通过实时调节电流参考值的大小,能有效的减小电流的超调,使电流的变化更加平稳,这样能有效地减小过电流对充电模块中元器件的损害,以此来增加充电模块的使用寿命,与此同时也能避免过电流导致的过热所应发的火灾事故。通过并联多路充电模块的充电方法,将一路大电流均分为多路较小的电流,这样能有效地减小一路大电流所带来的过热问题,也能将大电流对开关器件的冲击降到最低,以此来延长充电模块的使用寿命。与此同时,充电模块也不用使用昂贵的超大功率开关器件,以此来大幅度减少充电模块的设计成本。利用协同控制方法有效的减小了各路充电模块之间的电流不均衡,以此让各路之间的电流都能趋于一致,这样有助于整个充电系统的使用寿命的延长。

进一步地,所述更改该充电模块的预设电流参考值,具体包括:

根据该充电模块的实际电流偏差得到预测电流偏差;

根据预测电流偏差得到电流参考值的动态调整值;

根据原预设电流参考值和电流参考值的动态调整值得到调节后的电流参考值;

根据调节后的电流参考值更改该充电模块的预设电流参考值。

进一步地,所述根据该充电模块的实际电流偏差得到预测电流偏差,具体包括:

根据充电模块当前的实际电流偏差得到预测电流偏差的公式如下:

其中,pk(s)表示第k个充电模块的预测电流偏差拉普拉斯变换后的值,ek(s)表示第k个重点模块的实际电流偏差拉普拉斯变换后的值,t和α分别为前馈补偿器的两个参数,t的取值范围为0.01~0.05,在本发明的实施例中取值优选为0.02;α的取值范围为0.01~0.5,在本发明的实施例中取值优选为0.2;s为拉普拉斯变换中的复变量;

其中实际电流偏差的表达式为:ek(t)=i0-ik(t),ek(t)表示第k个充电模块的实际电流偏差,ik(t)表示第k个充电模块的实时电流值,i0表示第k个充电模块的预设电流参考值。

进一步地,所述根据预测电流偏差得到电流参考值的动态调整值,具体包括:

电流参考值的动态调整值根据如下公式计算得到:

mk(t)=μ×pk(t)

其中,mk(t)表示第k个充电模块的电流参考值的动态调整值,μ为比例常数,其值优选为0.2,pk(t)表示第k个充电模块的预测电流偏差的时域表达式,pk(t)由pk(s)通过傅里叶反变换得到。

进一步地,所述根据原预设电流参考值和电流参考值的动态调整值得到调节后的电流参考值,具体包括:

调节后的电路参考值通过如下公式得到:

其中,i0k(t)表示第k个充电模块调节后的电流参考值,i0表示第k个充电模块的预设电流参考值,emin和emax分别为不进行电流超调调节电流偏差最小值和电流偏差最大值,emin和emax的值通过查找历史经验值得到。

进一步地,所述根据每个充电模块的实时电流计算出每个充电模块对应的协同偏差,具体包括:

每个充电模块对应的协同偏差通过如下公式获得:

其中,δk表示第k个充电模块对应的协同偏差,amk表示邻接矩阵元素,其中e(g)为一个对角矩阵,gk表示固定矩阵元素,固定矩阵元素值取决于各个充电模块之间的充电电流差异,i0k表示第k个充电模块调节后的电流参考值,ik表示第k个充电模块的实时电流值,im表示第m个充电模块的实时电流值,n为充电模块的总个数。

进一步地,所述根据每个充电模块对应的协同偏差计算出对应充电模块的开关器件的占空比,具体包括:

充电模块的开关器件的占空比通过如下公式计算:

dk=c(s)δk

其中,dk表示第k个充电模块的开关器件的占空比,δk表示第k个充电模块对应的协同偏差,c(s)通过如下公式计算得到:

其中,式中j为比例常数,τ为积分常数,s为复频域复变量。本发明实施例中,j取值优选1.2,τ取值优选0.6。

第二方面,提供了一种充电控制系统,包括并联的多路充电模块及对应的多个控制单元;

每个所述控制单元均包括核心控制模块、电流采集模块、信号驱动模块、电流控制模块、供电电源模块;

所述电流采集模块、核心控制模块、信号驱动模块、电流控制模块依次连接,所述核心控制模块、电流采集模块、信号驱动模块、电流控制模块均与所述供电电源模块连接;

每个所述电流采集模块用于同步且按预设时间间隔周期性采集各自对应的充电模块的实时电流,并将各自采集的电流值发送给各自对应的核心控制模块;

每个所述控制单元的核心控制模块之间通信连接;每个所述核心控制模块用于判断其对应的充电模块的电流超调是否超过预设值,若是,则更改对应的充电模块的预设电流参考值;还用于根据获取的所有充电模块的实时电流计算出其对应的充电模块对应的协同偏差;并根据其对应的充电模块对应的协同偏差计算出其对应的充电模块的开关器件的占空比,并输出与该占空比对应的pwm波信号给所述信号驱动模块;

所述信号驱动模块用于将接收的pwm波信号进行放大,并输出放大后的pwm波信号给电流控制模块;

所述电流控制模块用于接收放大后的pwm波信号并依次驱动对应充电模块的开关器件。

进一步地,所述核心控制模块用于判断其对应的充电模块的电流超调是否超过预设值,若是,则更改对应的充电模块的预设电流参考值,具体包括:

根据对应充电模块的实际电流偏差得到预测电流偏差;

根据预测电流偏差得到电流参考值的动态调整值;

根据原预设电流参考值和电流参考值的动态调整值得到调节后的电流参考值;

根据调节后的电流参考值更改对应充电模块的预设电流参考值;

进一步地,所述根据对应充电模块的实际电流偏差得到预测电流偏差,具体包括:

根据充电模块当前的实际电流偏差得到预测电流偏差的公式如下:

其中,pk(s)表示第k个充电模块的预测电流偏差拉普拉斯变换后的值,ek(s)表示第k个重点模块的实际电流偏差拉普拉斯变换后的值,t和α分别为前馈补偿器的两个参数,t的取值范围为0.01~0.05,在本发明的实施例中取值优选为0.02;α的取值范围为0.01~0.5,在本发明的实施例中取值优选为0.2;s为拉普拉斯变换中的复变量;

其中实际电流偏差的表达式为:ek(t)=i0-ik(t),ek(t)表示第k个充电模块的实际电流偏差,ik(t)表示第k个充电模块的实时电流值,i0表示第k个充电模块的预设电流参考值;

所述根据预测电流偏差得到电流参考值的动态调整值,具体包括:

电流参考值的动态调整值根据如下公式计算得到:

mk(t)=μ×pk(t)

其中,mk(t)表示第k个充电模块的电流参考值的动态调整值,μ为比例常数,其值优选为0.2,pk(t)表示第k个充电模块的预测电流偏差的时域表达式,pk(t)由pk(s)通过傅里叶反变换得到;

所述根据原预设电流参考值和电流参考值的动态调整值得到调节后的电流参考值,具体包括:

调节后的电路参考值通过如下公式得到:

其中,i0k(t)表示第k个充电模块调节后的电流参考值,i0表示第k个充电模块的预设电流参考值,emin和emax分别为不进行电流超调调节电流偏差最小值和电流偏差最大值,emin和emax的值通过查找历史经验值得到。

进一步地,所述还用于根据获取的所有充电模块的实时电流计算出其对应的充电模块对应的协同偏差;并根据其对应的充电模块对应的协同偏差计算出其对应的充电模块的开关器件的占空比,具体包括:

每个充电模块对应的协同偏差通过如下公式获得:

其中,δk表示第k个充电模块对应的协同偏差,amk表示邻接矩阵元素,其中e(g)为一个对角矩阵,gk表示固定矩阵元素,固定矩阵元素值取决于各个充电模块之间的充电电流差异,i0k表示第k个充电模块调节后的电流参考值,ik表示第k个充电模块的实时电流值,im表示第m个充电模块的实时电流值,n为充电模块的总个数;

充电模块的开关器件的占空比通过如下公式计算:

dk=c(s)δk

其中,dk表示第k个充电模块的开关器件的占空比,δk表示第k个充电模块对应的协同偏差,c(s)通过如下公式计算得到:

其中,式中j为比例常数,τ为积分常数,s为复频域复变量。本发明实施例中,j取值优选1.2,τ取值优选0.6。

第三方面,提供了一种计算机可读存储介质,所述存储介质包括存储的程序指令,所述程序指令适于被处理器加载并执行如上所述的充电方法。

有益效果

本发明提出了一种充电方法、控制系统及存储介质,具有如下优点:

1.大幅度减小了电流超调对充电模块的影响,电流超调一直以来都是影响充电模块中开关器件、电容以及电感等元器件使用寿命的重要因素之一。本发明通过实时调节电流参考值的大小,能有效的减小电流的超调,使电流的变化更加平稳,这样能有效地减小过电流对充电模块中元器件的损害,以此来增加充电模块的使用寿命,与此同时也能避免过电流导致的过热所应发的火灾事故。

2.本发明通过并联多路充电模块的充电方法,将一路大电流均分为多路较小的电流,这样能有效地减小一路大电流所带来的过热问题,也能将大电流对开关器件的冲击降到最低,以此来延长充电模块的使用寿命。与此同时,充电模块也不用使用昂贵的超大功率开关器件,以此来大幅度减少充电模块的设计成本。

3.本发明通过分布式协同控制方法来均衡多路充电模块电流之间电流不均衡。不同充电模块之间由于元器件之间存在一些参数上的差异,以此每一个充电模块都不会完全相同,在这种情况下,每一路充电模块的输出电流都肯定不会完全相同,以此各路充电模块的老化精度必然不一样。这样就会存在充电系统老化不一致的问题。本发明利用协同控制方法有效的减小了各路充电模块之间的电流不均衡,以此让各路之间的电流都能趋于一致,这样有助于整个充电系统的使用寿命的延长。

4.本发明有效地提高了充电模块充电电流的响应速度,在短时间内能迅速对电流设定参考值做响应,并迅速、稳定地到达电流参考值。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种充电方法;

图2是本发明实施例提供的电流超调抑制方法框图;

图3是本发明实施例提供的控制单元结构框图;

图4是本发明实施例提供的多路充电模块协同充电系统的物理结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示,本实施例提供了一种充电方法,包括:

s01:按预设时间间隔周期性采集并联的多路充电模块的实时电流;

s02:当检测到某一充电模块的电流超调超过预设值时,更改该充电模块的预设电流参考值;

s03:根据每个充电模块的实时电流计算出每个充电模块对应的协同偏差;

s04:根据每个充电模块对应的协同偏差计算出对应充电模块的开关器件的占空比,控制对应充电模块的充电电流。

通过实时调节电流参考值的大小,能有效的减小电流的超调,使电流的变化更加平稳,这样能有效地减小过电流对充电模块中元器件的损害,以此来增加充电模块的使用寿命,与此同时也能避免过电流导致的过热所应发的火灾事故。通过并联多路充电模块的充电方法,将一路大电流均分为多路较小的电流,这样能有效地减小一路大电流所带来的过热问题,也能将大电流对开关器件的冲击降到最低,以此来延长充电模块的使用寿命。与此同时,充电模块也不用使用昂贵的超大功率开关器件,以此来大幅度减少充电模块的设计成本。利用协同控制方法有效的减小了各路充电模块之间的电流不均衡,以此让各路之间的电流都能趋于一致,这样有助于整个充电系统的使用寿命的延长。

详细的,按预设时间间隔周期性采集并联的多组充电模块的实时电流具体为:在某一时刻同时采集多路充电模块的电流值,然后每隔一个周期再次采集一次多路充电模块的电流值,周期时长预先设定。

当检测到某一充电模块的电流超调超过预设值时,更改该充电模块的预设电流参考值,具体过程如图2所示,包括:

根据该充电模块的实际电流偏差得到预测电流偏差,具体包括:

根据充电模块当前的实际电流偏差得到预测电流偏差的公式如下:

其中,pk(s)表示第k个充电模块的预测电流偏差拉普拉斯变换后的值,ek(s)表示第k个重点模块的实际电流偏差拉普拉斯变换后的值,t和α分别为前馈补偿器的两个参数,t的取值范围为0.01~0.05,在实施例中取值优选为0.02;α的取值范围为0.01~0.5,在本实施例中取值优选为0.2;s为拉普拉斯变换中的复变量;

其中实际电流偏差的表达式为:ek(t)=i0-ik(t),ek(t)表示第k个充电模块的实际电流偏差,ik(t)表示第k个充电模块的实时电流值,i0表示第k个充电模块的预设电流参考值;

根据预测电流偏差得到电流参考值的动态调整值,具体包括:

电流参考值的动态调整值根据如下公式计算得到:

mk(t)=μ×pk(t)

其中,mk(t)表示第k个充电模块的电流参考值的动态调整值,μ为比例常数,其值优选为0.2,pk(t)表示第k个充电模块的预测电流偏差的时域表达式,pk(t)由pk(s)通过傅里叶反变换得到。

根据原预设电流参考值和电流参考值的动态调整值得到调节后的电流参考值,具体包括:

调节后的电路参考值通过如下公式得到:

其中,i0k(t)表示第k个充电模块调节后的电流参考值,i0表示第k个充电模块的预设电流参考值,emin和emax分别为不进行电流超调调节电流偏差最小值和电流偏差最大值,emin和emax的值通过查找历史经验值得到。

根据调节后的电流参考值更改该充电模块的预设电流参考值。

所述根据每个充电模块的实时电流计算出每个充电模块对应的协同偏差,具体包括:

每个充电模块对应的协同偏差通过如下公式获得:

其中,δk表示第k个充电模块对应的协同偏差,amk表示邻接矩阵元素,其中e(g)为一个对角矩阵,gk表示固定矩阵元素,固定矩阵元素值取决于各个充电模块之间的充电电流差异,电流差异较大则相应的减小gk的值以此来保证各个充电模块之间的一致性,充电电流差异较小,则相应的增大gk的值以此来提高系统的稳定性,i0k表示第k个充电模块调节后的电流参考值,ik表示第k个充电模块的实时电流值,im表示第m个充电模块的实时电流值,n为充电模块的总个数。

所述根据每个充电模块对应的协同偏差计算出对应充电模块的开关器件的占空比,具体包括:

充电模块的开关器件的占空比通过如下公式计算:

dk=c(s)δk

其中,dk表示第k个充电模块的开关器件的占空比,δk表示第k个充电模块对应的协同偏差,c(s)通过如下公式计算得到:

其中,式中j为比例常数,τ为积分常数,s为复频域复变量。本实施例中,j取值优选1.2,τ取值优选0.6。

通过上述协同控制方法有效的减小了各路充电模块之间的电流不均衡,以此让各路之间的电流都能趋于一致,这样有助于整个充电系统的使用寿命的延长。

协同控制过程中,当某一路充电模块崩溃损坏了,自动隔离和切除这一路充电模块,不会影响到其他充电模块的正常运行,能有效提高充电系统的容错性。

实施例2

本实施例提供了一种充电控制系统,包括并联的多个充电模块及对应的多个控制单元;

如图3所示,每个所述控制单元均包括核心控制模块3、电流采集模块2、信号驱动模块4、电流控制模块5、供电电源模块1;

所述电流采集模块2、核心控制模块3、信号驱动模块4、电流控制模块5依次连接,所述核心控制模块3、电流采集模块2、信号驱动模块4、电流控制模块5均与所述供电电源模块1连接;

每个所述电流采集模块2用于同步且按预设时间间隔周期性采集各自对应的充电模块的实时电流,并将各自采集的电流值发送给各自对应的核心控制模块3;

每个所述控制单元的核心控制模块3之间通信连接,可相互之间传输对应充电模块的实时电流值;每个所述核心控制模块3用于判断其对应的充电模块的电流超调是否超过预设值,若是,则更改对应的充电模块的预设电流参考值;还用于根据获取的所有充电模块的实时电流计算出其对应的充电模块对应的协同偏差;并根据其对应的充电模块对应的协同偏差计算出其对应的充电模块的开关器件的占空比,并输出与该占空比对应的pwm波信号给所述信号驱动模块4;

所述信号驱动模块4用于将接收的pwm波信号进行放大,并输出放大后的pwm波信号给电流控制模块5;

所述电流控制模块5用于接收放大后的pwm波信号并依次驱动对应充电模块的开关器件。

其中,所述核心控制模块3用于判断其对应的充电模块的电流超调是否超过预设值,若是,则更改对应的充电模块的预设电流参考值,具体包括:

根据对应充电模块的实际电流偏差得到预测电流偏差,具体包括:

根据充电模块当前的实际电流偏差得到预测电流偏差的公式如下:

其中,pk(s)表示第k个充电模块的预测电流偏差拉普拉斯变换后的值,ek(s)表示第k个重点模块的实际电流偏差拉普拉斯变换后的值,t和α分别为前馈补偿器的两个参数,t的取值范围为0.01~0.05,在实施例中取值优选为0.02;α的取值范围为0.01~0.5,在本实施例中取值优选为0.2;s为拉普拉斯变换中的复变量;

其中实际电流偏差的表达式为:ek(t)=i0-ik(t),ek(t)表示第k个充电模块的实际电流偏差,ik(t)表示第k个充电模块的实时电流值,i0表示第k个充电模块的预设电流参考值;

根据预测电流偏差得到电流参考值的动态调整值,具体包括:

电流参考值的动态调整值根据如下公式计算得到:

mk(t)=μ×pk(t)

其中,mk(t)表示第k个充电模块的电流参考值的动态调整值,μ为比例常数,其值优选为0.2,pk(t)表示第k个充电模块的预测电流偏差的时域表达式,pk0(t)由pk(s)通过傅里叶反变换得到;

根据原预设电流参考值和电流参考值的动态调整值得到调节后的电流参考值,具体包括:

调节后的电路参考值通过如下公式得到:

其中,i0k(t)表示第k个充电模块调节后的电流参考值,i0表示第k个充电模块的原预设电流参考值,emin和emax分别为不进行电流超调调节电流偏差最小值和电流偏差最大值,emin和emax的值通过查找历史经验值得到。

根据调节后的电流参考值更改对应充电模块的预设电流参考值;

其中,所述还用于根据获取的所有充电模块的实时电流计算出其对应的充电模块对应的协同偏差;并根据其对应的充电模块对应的协同偏差计算出其对应的充电模块的开关器件的占空比,具体包括:

每个充电模块对应的协同偏差通过如下公式获得:

其中,δk表示第k个充电模块对应的协同偏差,amk表示邻接矩阵元素,其中e(g)为一个对角矩阵,gk表示固定矩阵元素,固定矩阵元素值取决于各个充电模块之间的充电电流差异,电流差异较大则相应的减小gk的值以此来保证各个充电模块之间的一致性,充电电流差异较小,则相应的增大gk的值以此来提高系统的稳定性,i0k表示第k个充电模块调节后的电流参考值,ik表示第k个充电模块的实时电流值,im表示第m个充电模块的实时电流值,n为充电模块的总个数;

充电模块的开关器件的占空比通过如下公式计算:

dk=c(s)δk

其中,dk表示第k个充电模块的开关器件的占空比,δk表示第k个充电模块对应的协同偏差,c(s)通过如下公式计算得到:

其中,式中j为比例常数,τ为积分常数,s为复频域复变量。本实施例中,j取值优选1.2,τ取值优选0.6。

具体实施时,所述的供电电源模块1包括依次连接的emi滤波模块、全桥整流电路模块、rcd漏感尖峰吸收模块、lc滤波模块。

所述电流采集模块2包括:用于实现数据采集与电平转换的传感器、用于实现信号滤波的低通滤波电路、用于实现与外部编码器(外部编码器将电流信号转化为对应的通讯信号)数据交互的双口ram、以及用于传输传感器信号至核心控制模块的通信芯片;其中,双口ram与外部编码器连接,通信芯片与核心控制模块连接,实时时,电流采样模块可采用霍尔电流传感器csm005a实现,电流传感器采集的值通过ad转换转换成数字信号传入控制模块。

所述核心控制模块3可选用dsp2808微处理器,通过编程将pi控制算法、协同控制算法以及电流超调抑制算法写入到dsp芯片中,以此作为一个充电模块的控制中心,所有充电模块各自对应的核心控制模块之间通过串口进行通信。当然,需明白的时,也可选择将pi控制算法、协同控制算法以及电流超调抑制算法分别写入到三个dsp芯片中,也可选择其他的组合方式。

所述信号驱动模块4是mosfet开关管的信号放大电路,将从dsp2808微处理器出来的pwm波信号通过放大电路放大。

所述电流控制模块5包括电流滤波模块、pwm调制器模块和过压过流保护模块;所述电流滤波模块采用二阶有源低通滤波,所述pwm调制器模块采用dsp2808微处理器的事件管理器模块,所述过压过流保护模块采用比较器电路实现。

图4是多路充电模块协同充电系统的物理结构,每一路充电模块提供一路充电电流,充电模块主要有buck电路和整流器构成,所述buck电路由电容、电感和mos管组成,通过控制mos管的占空比,来控制充电电流的大小,所述整流器的作用是将电网的交流电变成直流电,然后输入到buck电路中。

实施例3

本实施例提供了一种计算机可读存储介质,所述存储介质包括存储的程序指令,所述程序指令适于被处理器加载并执行如实施例1所述的充电方法。

本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请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,本申请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。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

本发明提供的一种充电方法、控制系统及存储介质,具有如下优点:

1.大幅度减小了电流超调对充电模块的影响,电流超调一直以来都是影响充电模块中开关器件、电容以及电感等元器件使用寿命的重要因素之一。本发明通过实时调节电流参考值的大小,能有效的减小电流的超调,使电流的变化更加平稳,这样能有效地减小过电流对充电模块中元器件的损害,以此来增加充电模块的使用寿命,与此同时也能避免过电流导致的过热所应发的火灾事故。

2.本发明通过并联多路充电模块的充电方法,将一路大电流均分为多路较小的电流,这样能有效地减小一路大电流所带来的过热问题,也能将大电流对开关器件的冲击降到最低,以此来延长充电模块的使用寿命。与此同时,充电模块也不用使用昂贵的超大功率开关器件,以此来大幅度减少充电模块的设计成本。

3.本发明通过分布式协同控制方法来均衡多路充电模块电流之间电流不均衡。不同充电模块之间由于元器件之间存在一些参数上的差异,以此每一个充电模块都不会完全相同,在这种情况下,每一路充电模块的输出电流都肯定不会完全相同,以此各路充电模块的老化精度必然不一样。这样就会存在充电系统老化不一致的问题。本发明利用协同控制方法有效的减小了各路充电模块之间的电流不均衡,以此让各路之间的电流都能趋于一致,这样有助于整个充电系统的使用寿命的延长。

4.本发明有效地提高了充电模块充电电流的响应速度,在短时间内能迅速对电流设定参考值做响应,并迅速、稳定地到达电流参考值。

5.本发明所使用的设定点自适应调节算法独立于充电系统的物理模型,因此本发明并不依赖于系统物理模型的参数,因此具有较强的适用性,在很多应用场合都能很好地适用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征:

1.一种充电方法,其特征在于,包括:

按预设时间间隔周期性采集并联的多路充电模块的实时电流;

当检测到某一充电模块的电流超调超过预设值时,更改该充电模块的预设电流参考值;

根据每个充电模块的实时电流计算出每个充电模块对应的协同偏差;

根据每个充电模块对应的协同偏差计算出对应充电模块的开关器件的占空比,控制对应充电模块的充电电流。

2.根据权利要求1所述的充电方法,其特征在于,所述更改该充电模块的预设电流参考值,具体包括:

根据该充电模块的实际电流偏差得到预测电流偏差;

根据预测电流偏差得到电流参考值的动态调整值;

根据原预设电流参考值和电流参考值的动态调整值得到调节后的电流参考值;

根据调节后的电流参考值更改该充电模块的预设电流参考值。

3.根据权利要求2所述的充电方法,其特征在于,所述根据该充电模块的实际电流偏差得到预测电流偏差,具体包括:

根据充电模块当前的实际电流偏差得到预测电流偏差的公式如下:

其中,pk(s)表示第k个充电模块的预测电流偏差拉普拉斯变换后的值,ek(s)表示第k个重点模块的实际电流偏差拉普拉斯变换后的值,t和α分别为前馈补偿器的两个参数,s为拉普拉斯变换中的复变量;

其中实际电流偏差的表达式为:ek(t)=i0-ik(t),ek(t)表示第k个充电模块的实际电流偏差,ik(t)表示第k个充电模块的实时电流值,i0表示第k个充电模块的预设电流参考值。

4.根据权利要求3所述的充电方法,其特征在于,所述根据预测电流偏差得到电流参考值的动态调整值,具体包括:

电流参考值的动态调整值根据如下公式计算得到:

mk(t)=μ×pk(t)

其中,mk(t)表示第k个充电模块的电流参考值的动态调整值,μ为比例常数,pk(t)表示第k个充电模块的预测电流偏差的时域表达式,pk(t)由pk(s)通过傅里叶反变换得到。

5.根据权利要求4所述的充电方法,其特征在于,所述根据原预设电流参考值和电流参考值的动态调整值得到调节后的电流参考值,具体包括:

调节后的电路参考值通过如下公式得到:

其中,i0k(t)表示第k个充电模块调节后的电流参考值,i0表示第k个充电模块的预设电流参考值,emin和emax分别为不进行电流超调调节电流偏差最小值和电流偏差最大值。

6.根据权利要求1至5任一项所述的充电方法,其特征在于,所述根据每个充电模块的实时电流计算出每个充电模块对应的协同偏差,具体包括:

每个充电模块对应的协同偏差通过如下公式获得:

其中,δk表示第k个充电模块对应的协同偏差,amk表示邻接矩阵元素,gk表示固定矩阵元素,i0k表示第k个充电模块调节后的电流参考值,ik表示第k个充电模块的实时电流值,im表示第m个充电模块的实时电流值,n为充电模块的总个数。

7.根据权利要求6所述的充电方法,其特征在于,所述根据每个充电模块对应的协同偏差计算出对应充电模块的开关器件的占空比,具体包括:

充电模块的开关器件的占空比通过如下公式计算:

dk=c(s)δk

其中,dk表示第k个充电模块的开关器件的占空比,δk表示第k个充电模块对应的协同偏差,c(s)通过如下公式计算得到:

其中,式中j为比例常数,τ为积分常数,s为复频域复变量。

8.一种充电控制系统,其特征在于,包括并联的多路充电模块及对应的多个控制单元;

每个所述控制单元均包括核心控制模块、电流采集模块、信号驱动模块、电流控制模块、供电电源模块;

所述电流采集模块、核心控制模块、信号驱动模块、电流控制模块依次连接,所述核心控制模块、电流采集模块、信号驱动模块、电流控制模块均与所述供电电源模块连接;

每个所述电流采集模块用于同步且按预设时间间隔周期性采集各自对应的充电模块的实时电流,并将各自采集的电流值发送给各自对应的核心控制模块;

每个所述控制单元的核心控制模块之间通信连接;每个所述核心控制模块用于判断其对应的充电模块的电流超调是否超过预设值,若是,则更改对应的充电模块的预设电流参考值;还用于根据获取的所有充电模块的实时电流计算出其对应的充电模块对应的协同偏差;并根据其对应的充电模块对应的协同偏差计算出其对应的充电模块的开关器件的占空比,并输出与该占空比对应的pwm波信号给所述信号驱动模块;

所述信号驱动模块用于将接收的pwm波信号进行放大,并输出放大后的pwm波信号给电流控制模块;

所述电流控制模块用于接收放大后的pwm波信号并依次驱动对应充电模块的开关器件。

9.根据权利要求8所述的充电控制系统,其特征在于,所述核心控制模块用于判断其对应的充电模块的电流超调是否超过预设值,若是,则更改对应的充电模块的预设电流参考值,具体包括:

根据对应充电模块的实际电流偏差得到预测电流偏差,具体包括:

根据充电模块当前的实际电流偏差得到预测电流偏差的公式如下:

其中,pk(s)表示第k个充电模块的预测电流偏差拉普拉斯变换后的值,ek(s)表示第k个重点模块的实际电流偏差拉普拉斯变换后的值,t和α分别为前馈补偿器的两个参数,s为拉普拉斯变换中的复变量;

其中实际电流偏差的表达式为:ek(t)=i0-ik(t),ek(t)表示第k个充电模块的实际电流偏差,ik(t)表示第k个充电模块的实时电流值,i0表示第k个充电模块的预设电流参考值;

根据预测电流偏差得到电流参考值的动态调整值,具体包括:

电流参考值的动态调整值根据如下公式计算得到:

mk(t)=μ×pk(t)

其中,mk(t)表示第k个充电模块的电流参考值的动态调整值,μ为比例常数,pk(t)表示第k个充电模块的预测电流偏差的时域表达式,pk(t)由pk(s)通过傅里叶反变换得到;

根据原预设电流参考值和电流参考值的动态调整值得到调节后的电流参考值,具体包括:

调节后的电路参考值通过如下公式得到:

其中,i0k(t)表示第k个充电模块调节后的电流参考值,i0表示第k个充电模块的预设电流参考值,emin和emax分别为不进行电流超调调节电流偏差最小值和电流偏差最大值;

根据调节后的电流参考值更改对应充电模块的预设电流参考值。

10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述存储介质包括存储的程序指令,所述程序指令适于被处理器加载并执行如权利要求1至7任一项所述的充电方法。

技术总结
本发明公开了一种充电方法、控制系统及存储介质,其中充电方法包括:按预设时间间隔周期性采集并联的多组充电模块的实时电流;当检测到某一充电模块的电流超调超过预设值时,更改该充电模块的预设电流参考值;根据每个充电模块的实时电流计算出每个充电模块对应的协同偏差;根据每个充电模块对应的协同偏差计算出对应充电模块的开关器件的占空比,控制对应充电模块的充电电流。利用多充电模块协同充电的策略,将一路大电流均分成多路较小的电流,以此来减少大电流对元器件的损坏和建设充电站的成本;在充电系统中加入了电流超调抑制过程,以此来减小电流超调,延长充电系统的使用寿命。

技术研发人员:张晓勇;张航;李恒;黄志武;彭军;杨迎泽;刘伟荣;蒋富;武悦;刘勇杰
受保护的技术使用者:中南大学
技术研发日:2020.02.21
技术公布日:2020.06.09

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