本發明涉及技術領域，尤其涉及一種基于最優效率的多功率段充電方法。

背景技術：

隨著電力驅動技術、電池儲能技術的不斷發展，電動汽車數量不斷增長。目前針對電動汽車的研究主要集中于家用轎車領域，在不久的將來，電動汽車的應用領域不會只局限在家用領域，在公共汽車領域、小型運輸卡車領域都將有廣闊的發展前景。充電樁的建設在促進電動汽車發展過程中起著重要的作用，現有充電樁多是根據家用轎車等小型充電負載的要求設計，在滿足小型充電負載充電功率要求的同時也會留有一定的余量。當大型充電樁使用針對小型負載充電樁時，便無法滿足充電功率的需求，完成充電需要耗費大量的時間。

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

但當多個充電樁同時給充電負荷充電時，現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備的充電樁而言，充電功率過大或過小時充電效率低，充電樁電能損耗大，會降低充電站的運營經濟性。因此當多個充電樁同時給充電負荷充電時，現有控制方法難以保證工作在效率最優狀態。急需一種技既能保證多個充電樁并聯充電，又能多個充電樁工作在效率最優狀態的方法，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熱情況。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于最優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，又能保證充電過程中電力損失最小。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于最優效率的多功率段充電方法，包括多個充電樁，每個充電樁都設有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，每個控制器間隔設定時間計算各自ac-dc變換器的輸入功率、輸出功率以及功率損耗；

步驟二，每個控制器根據計算得到的功率損耗擬合出功率損耗關于輸出功率的損耗函數；

步驟三，相鄰設定個數的控制器將各自的損耗函數發送給其中一個控制器，該控制器作為主控制器進行優化計算，計算出每個充電樁的最優充電功率然后發送給相應的控制器；

步驟四，相鄰充電樁通過連接裝置電連接，按照接收到的最優充電功率進行充電。

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據進行擬合，擬合的損耗函數為：

其中a0、a1、a2為擬合得到的系數。

所述步驟三中，優化過程中以所有充電樁的功率損耗之和最小為目標函數。

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

所述充電樁有三個時，每個充電樁擬合得到的系數分別為a10,a11,a12；a20,a21,a22；a30,a31,a32，則最優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個充電樁的最優充電功率，pev為電動汽車的充電功率，

pcmax為充電樁的最大充電功率

當pref1>pcmax時，通過以下方程計算pref2，pref3，

a21+a22pref2＝a31+a32pref3

pref2+pref3＝max(pev-pcmax,2pcmax)。

本發明的有益效果：

本發明既能保證多個充電樁并聯充電，又能保證多個充電樁工作在效率最優狀態，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熱情況。

附圖說明

圖1為多功率段并聯充電系統整體結構圖；

圖2為充電樁控制示意圖；

圖3為本發明的工作流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。

如圖1-2所示，一種基于最優效率的多功率段充電方法所依賴的充電系統，包括多個充電樁，本實施例以三個為例進行說明，每個充電樁都設有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指令進行閉合、打開動作。

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，并計算出輸出功率和輸入功率pin和pout。控制器計算出功率損耗ploss，ploss＝pin-pout，對輸出功率取整數，并在控制器中對應于輸出功率的位置存儲功率損耗，相當于形成了一個ploss＝f(pout)的函數表。該過程不需要單獨進行，只需在給電動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生微小變化，因此上述計算功率損耗的功能一直在運行。為避免數據記錄量隨著時間的增加而增長，新紀錄的數據會覆蓋原始數據，因此總的數據量不變，設數據總量為n，這些數據表示為(pouti，plossi)，其中i＝1,2,…,n。

在所述控制器加入損耗函數ploss＝f(pout)的生成算法。該算法利用最小二乘方法對離散數據進行擬合，為簡化計算，設損耗函數為

其中a0,a1,a2為待定系數，需要通過下面公式確定：

所述三個充電樁中的控制器都執行以上計算并確定本充電樁的損耗函數ploss＝f(pout)。為區分三個充電樁的待定系數，現分別將充電樁的a0,a1,a2待定系數表示為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a21,a22；a31,a32發送給充電樁1的控制器，充電樁1的控制器將進行優化計算，計算出3個充電樁的充電功率pref1，pref2，pref3。pref1，pref2，pref3可以通過求解以下最優化問題獲得，目標函數和約束方程如下：

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的控制器將計算出的pref1，pref2，pref3分別發送給3個充電樁的控制器。3個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內公知常識。

一種基于最優效率的多功率段充電方法，整個過程流程圖如圖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，并計算出輸出功率和輸入功率pin和pout。控制器計算出功率損耗ploss，ploss＝pin-pout，對輸出功率取整數，并在控制器中對應于輸出功率的位置存儲功率損耗，相當于形成了一個ploss＝f(pout)的函數表。

2)在控制器1，2，3中分別運行損耗函數ploss＝f(pout)的生成算法。該算法利用最小二乘方法對離散數據進行擬合，為簡化計算，設損耗函數為

其中a0,a1,a2為待定系數，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)的函數表。為區分三個充電樁的待定系數，現分別將充電樁的a0,a1,a2待定系數表示為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a21,a22；a31,a32發送給充電樁1的控制器。

4)充電樁1的控制器將進行優化計算，計算出3個充電樁的充電功率pref1，pref2，pref3，即計算以下優化問題的最優解：

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為例進行說明)。再求解以下方程計算pref2，pref3。

a21+a22pref2＝a31+a32pref3

pref2+pref3＝max(pev-pcmax,2pcmax)

5)所述充電樁1的控制器將計算出的pref1，pref2，pref3分別發送給3個充電樁的控制器。

6)閉合開關s1，s2，3個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。

本發明各個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，計算出個功率值時的充電樁損耗，并利用數值分析方法擬合出輸出功率和損耗的關系曲線f(pout)。當電動汽車加入充電樁時，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原則，合理分配參與充電的充電樁數量和每個充電樁的充電功率pref。既能保證充電樁完成多種不同功率需求下的充電任務，又能保證充電過程中電力損失最小。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。