本發(fā)明涉及換電站電池充電控制領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種換電站控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)控電池充電的實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

1、換電站大功率充電系統(tǒng)通常采用多模塊并聯(lián)拓?fù)浼軜?gòu)，例如由多個(gè)50kw功率模塊組成300kw充電單元，以應(yīng)對(duì)不同時(shí)段電池組的動(dòng)態(tài)充電需求。在高峰換電時(shí)段，系統(tǒng)需調(diào)用全部模塊滿負(fù)荷運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)能；而在低谷時(shí)段，僅需對(duì)少量電池組進(jìn)行涓流充電。然而，現(xiàn)有充電機(jī)的功率模塊采用固定分組設(shè)計(jì)，每組模塊的電氣連接與開(kāi)關(guān)控制邏輯在硬件層面被固化，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)載波動(dòng)靈活調(diào)整模塊組合。當(dāng)負(fù)載需求低于單組功率容量時(shí)，系統(tǒng)被迫以整組為單位啟停模塊，造成冗余模塊空載損耗，同時(shí)因電流分配不均導(dǎo)致局部模塊過(guò)熱，器件壽命大幅衰減。

2、現(xiàn)有充電機(jī)受限于硬件拓?fù)涞膭傂约軜?gòu)與控制策略的靜態(tài)分組模式，無(wú)法在毫秒級(jí)時(shí)間尺度內(nèi)動(dòng)態(tài)解耦模塊間的電氣連接關(guān)系，導(dǎo)致系統(tǒng)效率、均流精度與設(shè)備壽命無(wú)法協(xié)同優(yōu)化，嚴(yán)重制約換電站對(duì)電池充電過(guò)程的動(dòng)態(tài)調(diào)控能力。

3、為了解決上述問(wèn)題，現(xiàn)提供一種技術(shù)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種換電站控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)控電池充電的實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)分析充電模塊紋波電流波形并提取阻抗相位特征，生成動(dòng)態(tài)阻抗差異矩陣，基于此矩陣，計(jì)算阻抗失配的廣義熵與拓?fù)渲貥?gòu)動(dòng)態(tài)增益，優(yōu)化充電模塊連接，動(dòng)態(tài)組建并聯(lián)充電模塊組，并通過(guò)反相補(bǔ)償信號(hào)均衡電流，緩解電流不均；利用pwm波形相位偏移調(diào)整實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)動(dòng)作交錯(cuò)分布，降低紋波影響；虛擬充電單元結(jié)合母線電壓波動(dòng)率分析，實(shí)時(shí)推導(dǎo)充電功率需求并優(yōu)化功率分配；此外，依托三維溫度場(chǎng)模型與拓?fù)涠沃貥?gòu)機(jī)制，快速響應(yīng)局部過(guò)熱，提升充電過(guò)程適應(yīng)性、可靠性與運(yùn)營(yíng)效率，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、s1：實(shí)時(shí)采集充電模塊輸出端的紋波電流波形，提取各充電模塊的阻抗相位特征，生成動(dòng)態(tài)阻抗差異矩陣；

4、s2：根據(jù)動(dòng)態(tài)阻抗差異矩陣評(píng)估阻抗失配和重構(gòu)效益，當(dāng)評(píng)估結(jié)果滿足重構(gòu)條件時(shí)，生成拓?fù)渲貥?gòu)指令；

5、s3，依據(jù)拓?fù)渲貥?gòu)指令控制繼電器陣列，調(diào)整充電模塊間的連接，形成并聯(lián)充電模塊組，并注入與阻抗特征反相的補(bǔ)償信號(hào)以均衡電流；

6、s4，通過(guò)可編程延遲單元調(diào)整并聯(lián)充電模塊組內(nèi)各充電模塊pwm波形的相位偏移量，使相鄰充電模塊的開(kāi)關(guān)動(dòng)作按設(shè)定間隔交錯(cuò)分布，實(shí)現(xiàn)紋波抵消與電流均衡；

7、s5，將并聯(lián)充電模塊組視為虛擬充電單元，基于母線電壓波動(dòng)率推導(dǎo)功率需求，通過(guò)多目標(biāo)優(yōu)化算法分配各虛擬充電單元的功率權(quán)重系數(shù)；

8、s6，利用溫度傳感陣列監(jiān)測(cè)并聯(lián)充電模塊組內(nèi)充電模塊的溫度，當(dāng)檢測(cè)到局部溫度異常時(shí)，觸發(fā)拓?fù)涠沃貥?gòu)指令，調(diào)整連接并啟用備用充電模塊。

9、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟s1包括以下內(nèi)容：

10、通過(guò)設(shè)置于每個(gè)充電模塊輸出端的電流傳感器連續(xù)獲取輸出的紋波電流波形；對(duì)所采集的紋波電流波形進(jìn)行快速傅里葉變換以生成電流頻譜表示，并同步采集充電模塊輸出端的電壓波形，通過(guò)快速傅里葉變換生成電壓頻譜表示；基于電流頻譜和電壓頻譜在工作頻率下的相位差，計(jì)算每個(gè)充電模塊的阻抗相位；根據(jù)各充電模塊的阻抗相位，計(jì)算任意兩個(gè)充電模塊的阻抗相位差，并取其絕對(duì)值，構(gòu)建動(dòng)態(tài)阻抗差異矩陣。

11、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟s2包括以下內(nèi)容：

12、對(duì)動(dòng)態(tài)阻抗差異矩陣的元素進(jìn)行歸一化處理以形成概率分布，再通過(guò)阻抗相位差的平方加權(quán)計(jì)算阻抗失配廣義熵指數(shù)，具體為將歸一化后的矩陣元素與阻抗相位差平方值相乘并求和，以量化充電模塊間阻抗相位差異的復(fù)雜性和集中度；然后基于動(dòng)態(tài)阻抗差異矩陣模擬拓?fù)渲貥?gòu)前后的阻抗差異變化，計(jì)算重構(gòu)前后電流標(biāo)準(zhǔn)差的變化率，并結(jié)合功率損耗的非線性調(diào)節(jié)因子計(jì)算拓?fù)渲貥?gòu)動(dòng)態(tài)增益指數(shù)，具體為以電流標(biāo)準(zhǔn)差變化率乘以功率損耗的非線性調(diào)節(jié)因子，得出拓?fù)渲貥?gòu)對(duì)電流分配和效率改善的動(dòng)態(tài)效益。

13、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟s2還包括以下內(nèi)容：

14、將阻抗失配廣義熵指數(shù)與拓?fù)渲貥?gòu)動(dòng)態(tài)增益指數(shù)加權(quán)求和，得到拓?fù)渲貥?gòu)決策系數(shù)；最后將拓?fù)渲貥?gòu)決策系數(shù)的數(shù)值與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，當(dāng)拓?fù)渲貥?gòu)決策系數(shù)超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，生成拓?fù)渲貥?gòu)指令。

15、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟s3包括以下內(nèi)容：

16、接收拓?fù)渲貥?gòu)指令后讀取動(dòng)態(tài)阻抗差異矩陣，通過(guò)比較矩陣中每一對(duì)充電模塊的阻抗相位差異與預(yù)設(shè)阻抗差異閾值，識(shí)別阻抗相位差異超過(guò)阻抗差異閾值的充電模塊對(duì)并標(biāo)記為需斷開(kāi)的目標(biāo)對(duì)；

17、隨后生成斷開(kāi)指令并發(fā)送至繼電器陣列，控制繼電器陣列切斷標(biāo)記的充電模塊對(duì)之間的直接電氣連接；

18、接著以動(dòng)態(tài)阻抗差異矩陣為依據(jù)，利用層次聚類方法根據(jù)阻抗相位差異將所有充電模塊分組，使組內(nèi)阻抗相位差異的平均值最小化，并通過(guò)繼電器陣列將每組內(nèi)充電模塊并聯(lián)連接，形成并聯(lián)充電模塊組；

19、最后計(jì)算每個(gè)并聯(lián)充電模塊組內(nèi)充電模塊阻抗相位的平均值，確定各充電模塊與平均值的阻抗相位偏差，生成與偏差方向相反的補(bǔ)償信號(hào)并通過(guò)信號(hào)注入電路疊加至控制信號(hào)，以均衡組內(nèi)電流分布。

20、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟s4包括以下內(nèi)容：

21、獲取并聯(lián)充電模塊組的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，構(gòu)建電氣拓?fù)鋱D以記錄每個(gè)充電模塊在組內(nèi)的位置及與相鄰充電模塊的連接關(guān)系；

22、接著計(jì)算并聯(lián)充電模塊組內(nèi)充電模塊總數(shù)，并通過(guò)將完整周期的三百六十度除以充電模塊總數(shù)確定初始相位偏移量，再結(jié)合各充電模塊阻抗相位與組內(nèi)平均值的偏差及動(dòng)態(tài)修正因子調(diào)整相位偏移量；

23、隨后將調(diào)整后的相位偏移量除以三百六十度并乘以脈寬調(diào)制波形開(kāi)關(guān)周期，轉(zhuǎn)換為時(shí)間延遲值，通過(guò)每個(gè)充電模塊驅(qū)動(dòng)電路中的可編程延遲單元調(diào)整脈寬調(diào)制波形起始時(shí)間，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)動(dòng)作的交錯(cuò)分布；

24、最后實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并聯(lián)充電模塊組輸出電流的紋波系數(shù)，通過(guò)峰值與谷值之差除以平均值計(jì)算，若紋波系數(shù)超過(guò)預(yù)設(shè)閾值則微調(diào)動(dòng)態(tài)修正因子并重新調(diào)整相位偏移量，直至紋波系數(shù)滿足要求，確保電流均衡與紋波抵消效果。

25、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟s5包括以下內(nèi)容：

26、將并聯(lián)充電模塊組視為一個(gè)整體單元，定義為虛擬充電單元，并通過(guò)累加并聯(lián)充電模塊組內(nèi)所有充電模塊的額定功率，計(jì)算得出虛擬充電單元的等效功率輸出能力；

27、然后通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)母線電壓在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的變化情況，計(jì)算母線電壓的電壓波動(dòng)率，并依據(jù)預(yù)先建立的電壓波動(dòng)率與充電功率需求之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，推導(dǎo)出當(dāng)前的充電功率需求；

28、接著為每個(gè)虛擬充電單元分配功率權(quán)重系數(shù)，通過(guò)迭代優(yōu)化調(diào)整所有功率權(quán)重系數(shù)，以最小化功率權(quán)重系數(shù)分配的均衡性偏差和效率損失的綜合評(píng)估目標(biāo)，同時(shí)確保所有虛擬充電單元的功率輸出總和等于推導(dǎo)出的充電功率需求；

29、最后將優(yōu)化得到的功率權(quán)重系數(shù)應(yīng)用于虛擬充電單元的功率控制。

30、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟s6包括以下內(nèi)容：

31、通過(guò)設(shè)置在每個(gè)充電模塊散熱器表面的多個(gè)溫度傳感器實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)，并利用插值算法將離散的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的三維溫度場(chǎng)模型，同時(shí)計(jì)算三維溫度場(chǎng)的溫度梯度以識(shí)別溫度變化劇烈的區(qū)域；

32、然后計(jì)算每個(gè)充電模塊所在區(qū)域的平均溫度和最大溫度梯度，并與預(yù)設(shè)的溫度異常閾值和梯度異常閾值進(jìn)行比較，若平均溫度超過(guò)溫度異常閾值或最大溫度梯度超過(guò)梯度異常閾值，則判定對(duì)應(yīng)充電模塊存在局部溫度異常；

33、接著為存在局部溫度異常的充電模塊生成拓?fù)涠沃貥?gòu)指令，并將拓?fù)涠沃貥?gòu)指令發(fā)送至控制單元；

34、最后依據(jù)拓?fù)涠沃貥?gòu)指令，通過(guò)控制繼電器陣列將存在局部溫度異常的充電模塊從并聯(lián)充電模塊組中斷開(kāi)并切換至獨(dú)立供電支路，同時(shí)從備用充電模塊池中選擇阻抗相位特征與原充電模塊相近的備用充電模塊接入并聯(lián)充電模塊組，并重新計(jì)算pwm波形相位偏移量以確保紋波抵消和電流均衡。

35、本發(fā)明一種換電站控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)控電池充電的實(shí)現(xiàn)方法的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

36、本發(fā)明通過(guò)實(shí)時(shí)分析充電模塊紋波電流波形并提取阻抗相位特征，生成動(dòng)態(tài)阻抗差異矩陣，為換電站電池充電系統(tǒng)中阻抗失配的進(jìn)行精準(zhǔn)量化評(píng)估；基于此矩陣，計(jì)算阻抗失配的廣義熵與拓?fù)渲貥?gòu)的動(dòng)態(tài)增益，智能優(yōu)化充電模塊的連接關(guān)系，動(dòng)態(tài)組建并聯(lián)充電模塊組，并通過(guò)反相補(bǔ)償信號(hào)精確均衡電流分布，有效緩解阻抗差異引發(fā)的電流不均問(wèn)題；同時(shí)，利用pwm波形相位偏移調(diào)整實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)動(dòng)作的交錯(cuò)分布，降低紋波影響，提升電流均衡性；虛擬充電單元設(shè)計(jì)結(jié)合母線電壓波動(dòng)率分析，實(shí)時(shí)推導(dǎo)充電功率需求并優(yōu)化功率分配權(quán)重，確保功率輸出均衡性；此外，依托三維溫度場(chǎng)模型的溫度監(jiān)測(cè)與拓?fù)涠沃貥?gòu)機(jī)制形成閉環(huán)調(diào)控，快速響應(yīng)局部過(guò)熱現(xiàn)象，保障系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定性。基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)管理方式，不僅提升了充電過(guò)程的適應(yīng)性與可靠性，還顯著提高了換電站的運(yùn)營(yíng)效率，同時(shí)延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。