一种优化直流充电机充电时交流转直流效率的方法及应用与流程

1.本发明涉及直流充电机应用领域，具体的说是一种优化直流充电机充电时交流转直流效率的方法及应用。


背景技术：

2.随着新能源汽车行业迅猛发展，电动汽车充电桩行业及充电站建设也发展迅猛，尤其是所谓快充的的电动汽车直流充电机的需求尤为迅猛。目前市面上的直流充电机(简称充电机)大部分是以交流转直流形式输出至电动汽车，其中就涉及到交流转直流的转换效率，因此提高直流充电机的转换效率就显得至关重要。
3.直流充电机的核心部分之一是充电模块，在充电过程中整个充电机能量损耗可基本看做是充电模块损耗，与充电模块损耗相比，其他损耗比如控制板的工作电源损耗、线缆损耗等均可以忽略不计，因此充电模块的输出率越高，直流充电机整机交流转直流的转换效率就越高，即充电机效率越高。现有技术中充电模块的输出功率及充电机效率均有待提高。


技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种优化直流充电机充电时交流转直流效率的方法及应用，以提高充电机效率，减小损耗。
5.为了解决以上技术问题，本发明采用的具体方案为：一种优化直流充电机充电时交流转直流效率的方法，所述直流充电机具有多个充电模块，通过控制充电模块的启动数量，将启动的充电模块的输出功率控制在额定功率的50％以上。
6.作为上述技术方案的进一步优化，充电模块启动数量的判断算法为：
7.1)当启动全部充电模块；
8.2)当
9.2-1)当充电模块的输出电压u在[ub,uc]区间时，通过下式(1)确定充电模块的输出功率p’及充电模块的启动数量n：
[0010]
得出的p’在其范围内取最小值，n在其范围内取最大值；
[0011]
2-2)当充电模块的输出电压u在[ua,ub]区间时：
[0012]
2-2-1)当时，通过下式(2)确定充电模块工作电流i及充电模块的启动数量n：
[0013]
在得出的范围内，i取最小值，n取最大值；
[0014]
2-2-2)当时，充电模块不能在电压u输出一半以上额定功率，通过下式(3)确定充电模块的启动工作数量n：
[0015]
在得出的范围内，n取最小值。
[0016]
其中，po为需求功率，pn为直流充电机的整机额定功率，p’为充电模块的输出功率，pe为充电模块额定功率，n为充电模块工作数量，[ua，uc]为充电模块的输出电压范围；[ub，uc]为充电模块可以按照额定功率输出的电压范围，i为充电模块工作电流，ia为充电模块的输出电压在[ua,ub)区间内的最大工作电流。
[0017]
一种优化直流充电机充电时交流转直流效率的方法的应用，包括以下步骤：
[0018]
s1、将所述充电模块启动数量的判断算法置于直流充电机内；
[0019]
s2、将直流充电机与充电车辆信息交互，并将读取到的充电车辆的信息上传至云平台；
[0020]
s3、直流充电机的控制单元与云平台进行数据交互，判断充电模块的启动数量。
[0021]
作为上述技术方案的进一步优化，控制单元具有无线通信功能，能够通过4g网络与云平台进行数据交互。
[0022]
作为上述技术方案的进一步优化，直流充电机读取的当前充电车辆的数据信息还包括需求电流、充电车辆车架号和充电车辆soc信息。
[0023]
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明通过调整充电模块的启动数量，将工作的充电模块的输出功率控制在额定功率的50％以上，以提高充电机效率。
附图说明
[0024]
图1为本发明的整体结构框图；
[0025]
图2是充电模块的电压电流曲线图；
[0026]
图3是充电模块启动数量的判断算法迭代图；
[0027]
附图标记：101、电源，102、充电模块，103、控制单元，104、充电车辆，105、云平台。
具体实施方式
[0028]
实施例1
[0029]
本实施例为一种优化直流充电机充电时交流转直流效率的方法，直流充电机具有多个充电模块，本实施例通过控制充电模块的启动数量，将启动后工作的充电模块输出功率控制在额定功率的50％以上，从而提高充电机效率。
[0030]
充电模块输出率＝实际输出功率/额定输出功率*100％，根据标准号为nb/t 33001-2018《电动汽车非车载传导式充电机技术条件》的文件，当20％≤充电模块输出率≤
50％，充电机效率≥88％，当50％＜充电模块输出率≤100％时，充电机效率≥93％，本发明通过调整充电模块的启动数量，使50％＜充电模块输出率≤100％，即将工作的充电模块实际输出功率控制在额定输出功率的50％以上，从而使直流充电机的充电机效率≥93％。
[0031]
如图2所示为充电模块的电压电流曲线图，充电模块的输出电压在ub至uc电压区间内，充电模块可以按照额定输出功率输出，充电模块的输出电压在ua至ub区间内，充电模块则不可以额定输出功率输出，最大输出功率仅为电压*电流(u*ia)
[0032]
充电模块启动数量的判断算法如下：
[0033]
1)当启动全部充电模块；
[0034]
2)当
[0035]
2-1)当充电模块的输出电压u在[ub,uc]区间时，通过下式(1)确定充电模块工作功率p’及充电模块的启动数量n：
[0036]
得出的p’在其范围内取最小值，n在其范围内取最大值；
[0037]
2-2)当充电模块的输出电压u在[ua,ub]区间时：
[0038]
2-2-1)当时，通过下式(2)确定充电模块工作电流i及充电模块的启动数量n：
[0039]
在得出的范围内，i取最小值，n取最大值；
[0040]
2-2-2)当时，充电模块不能在电压u输出一半以上额定功率，通过下式(3)确定充电模块的启动工作数量n：
[0041]
在得出的范围内，n取最小值；
[0042]
其中，po为需求功率，pn为直流充电机的整机额定功率，p’为充电模块输出功率，pe为充电模块额定功率，n为充电模块工作数量，[ua，uc]为充电模块的输出电压范围；[ub，uc]为充电模块可以按照额定功率输出的电压范围，i为充电模块工作电流，ia为充电模块的输出电压在[ua,ub)区间内的最大工作电流。
[0043]
实施例2
[0044]
本实施例为一种优化直流充电机充电时交流转直流效率方法的应用，该方法应用于直流充电机与充电汽车的充电过程中。
[0045]
如图1、2、3所示，直流充电机106具有多个充电模块102，在对充电车辆104进行充
电时，向直流充电机106输入的电源101为三相交流电源，电源101为直流充电机106、充电模块102、控制单元103及其他元器件提供电源。
[0046]
充电时，直流充电机106与充电车辆104通过直流充电机106所带的充电连接装置连接。充电车辆104与直流充电机106在充电过程中通过can通信进行信息交互，通信协议满足国家标准规定。
[0047]
具体的，直流充电机106通过充电连接装置与充电车辆104通信，可以读取充电车辆104的当前电池电压、需求电流、充电车辆车架号、充电车辆soc等信息，并将这些信息实时传送给云平台，云平台进行信息汇总。
[0048]
直流充电机106中的控制单元103具有无线通信功能，可通过4g网络与云平台进行数据交互。控制单元103与充电模块102进行can通信监控充电模块102状态。
[0049]
直流充电机106的整机功率取决于充电模块102的额定功率及数量，直流充电机106的整机功率为充电模块102的功率之和。在实际应用中，充电模块102的额定功率常规为20kw，如图2所示为充电模块电压电流曲线图，在充电模块102的输出电压在ub至uc区间内，充电模块102可以按照额定功率即20kw输出，在充电模块102的输出电压在ua至ub区间内，充电模块102不可以按照额定功率输出，最大输出功率仅为电压*电流(u*ia)，即充电模块102输出电压范围为[ua,uc]，输出电压在[ub,uc]时，充电模块可以按照额定功率输出，输出电压在[ua,ub)区间内可输出的最大功率随着电压升高而升高，最大输出功率为电压*电流(u*ia)。
[0050]
充电时：
[0051]
直流充电机106与充电车辆104信息交互，读到当前车辆的soc、当前电池电压、需求电流、车架号等信息，并且实时上传这些数据至云平台。同时，直流充电机106的控制单元103与云平台进行数据交互，利用实施例1的方法判断充电模块的启动数量。
[0052]
直流充电机106与充电车辆104连接后，随着充电的进行，充电车辆104的当前电池电压升高，充电模块的输出电压也会升高。
[0053]
当充电模块102的输出电压在[ub,uc]时，每个充电模块102都可以满功率输出，则依据当前电池电压与需求电流的乘积确定需求功率，确定需求功率后可确定启动充电模块102的个数，以达到启动的每个充电模块102输出功率控制在其额定功率的50％以上。
[0054]
在充电模块102的输出电压在[ua,ub)时，通过当前电池电压*需求电流方式得出当前所需功率，充电模块102可以根据图2充电模块电源电流曲线图找出当前电池电压所对应的充电模块102能够输出的最大电流ia，当前电池电压*ia，即为充电模块102此时能输出的最大功率。确定需求功率和充电模块102对应的最大输出功率后，可确定启动充电模块102个数以达到启动的每个充电模块102的输出率在50％以上。
[0055]
图3为充电模块102启动数量的判断算法迭代图，具体实施为:
[0056]
在试验室充电机中模拟各型号汽车测量数据，通过试验室数据(模拟充电汽车的需求电压及电流曲线，充电模块的输出电压及电流曲线，交流输入电量、直流输出电量等)，得出充电模块控制算法，此算法置于出厂的直流充电机内。在客户设备运行过程中，出厂的直流充电机即为现场充电机进行工作，现场充电机将车辆数据(车架号)、现场充电数据(充电车辆的需求电压及电流曲线，充电模块的输出电压及电流曲线，交流输入电量、直流输出电量等)实时发送至充电云平台。考虑到可能会有充电车辆的充电曲线升级后，充电趋势改
变，依据最新数据通过依据充电模块工作数量算法，得出充电模块控制策略与直流充电机进行对比，如不一致，则进行更新。
[0057]
充电模块工作数量算法具体为：
[0058]
po为需求功率(当前电池电压与需求电流的乘积)，pn为整机额定功率，p’为充电模块输出功率、充电模块额定功率按照20kw，n为充电模块工作数量：
[0059]
1)当po≥1/2pn，启动全部充电模块；
[0060]
2)当po＜1/2pn：
[0061]
2.1)当充电模块的输出电压u在[ub,uc]时，通过下式确定充电模块输出功率p’及工作数量n：
[0062]
得出的p’在其范围内取最小值，n取最大值；
[0063]
2.2)当充电模块的输出电压u在[ua,ub)时：
[0064]
2.2.1)当u*ia≥10kw时，通过下式确定充电模块工作电流i及充电模块工作数量n：
[0065]
在得出的范围内，i取最小值，n取最大值。
[0066]
2.2.2)当u*ia＜10kw时，即充电模块不能在电压u输出一半以上额定功率，则此时充电模块按照下式确定充电模块工作数量：
[0067]
在得出的范围内，n取最小值。
[0068]
以下以一个具体的实际应用过程进行详细的介绍：
[0069]
以某一型号充电模块进行说明，模块pe＝20kw，ua＝200v，ub＝600v，uc＝750v，ia＝33.3a，直流充电机配置6块此型号模块，则直流充电机额定功率pn＝120kw。
[0070]
1)当需求功率po≥60kw时，启动全部充电模块。
[0071]
2)当需求功率po＜60kw，假设po＝30kw时；
[0072]
2.1)当充电模块的输出电压u＝600v时，通过下式确定充电模块输出功率p’及工作数量n：
[0073][0074]
得出p’≥10kw且n≤3且n为正整数。
[0075]
由p’在其范围内取最小值，n取最大值，得出p’＝10kw，n＝3。
[0076]
2.2)当充电模块的输出电压u在[ua,ub)时：
[0077]
2.2.1)当u＝500v时，此时500v*33.3a＝16.65kw＞10kw，通过下式确定充电模块
工作电流i及充电模块工作数量n：
[0078][0079]
得出i≥20a且n≤3且n为正整数，
[0080]
在得出的范围内，i取最小值，n取最大值得出，i＝20a，n＝3。
[0081]
2.2.2)当u＝250v时，此时250v*33.3a＝8.33kw＜10kw时，即充电模块不能在电压u输出一半以上额定功率，则此时输出，确定充电模块工作数量：
[0082][0083]
得出n≥3.6且n为正整数，
[0084]
在得出的范围内，n取最小值。则n＝4。此时模块工作功率为30kw/4＝7.5kw，模块工作电流为7.5kw/250v＝30a。