CN110843577B - 一种适用于高海拔的充电桩功率智能控制方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于高海拔的充电桩功率智能控制方法与装置，该方法包括以下步骤：1)采集充电桩充电模块的出风口温度T；2)采集充电桩充电模块内部核心器件的温度；3)采集充电桩所处地的海拔高度；4)根据充电桩所处地的海拔高度，确定海拔修正温度T_h；5)根据充电桩充电模块内部核心器件的温度，确定器件修正温度T_d；6)充电桩系统输出功率控制。使用本发明方法无需给充电系统超额配置功率，在高海拔区域应用能大大缩减成本，而且尽可能在宽环境温度下满功率输出，保证充电速度。

Description

一种适用于高海拔的充电桩功率智能控制方法与装置

技术领域

本发明涉及充电桩充电控制技术，尤其涉及一种适用于高海拔的充电桩功率智能控制方法与装置。

背景技术

随着海拔升高，空气密度下降，温度降低，这种环境对电子器件工作带来许多不利的影响，充电桩系统的散热效果及带载能力也大大减弱。目前，国内的充电桩设计大多数考虑在海拔2000米以下范围正常工作，很少有针对高海拔进行充电降额的智能控制。

充电桩系统包括多个充电功率模块，不同功率的充电桩只需要根据单模块的功率配置不同的模块数量即可。图1为目前主流充电桩不同海拔输出功率配置，如图1所示，以2000米最为高海拔的分界点，多数桩企单模块和整桩功率与海拔高度的对应关系。一台120kW的充电桩，单模块功率为15kW，正常情况只需配置8个充电模块。然而，在高海拔地区，多数桩实际会配置10个以上15kW的充电模块，超出额定功率25％。在高海拔运行时，考虑到整桩散热及单模块核心器件发热情况，设定每个模块只输出80％左右的额定功率，保持整桩能输出额定功率即可。这种针对高海拔运行时“粗略”的功率处理方法，大大增加成本。

中国地域广阔，由东向西海拔逐步增加，许多地域海拔超过2000米。考虑到中国的全区域发展及电动汽车的普及，高海拔充电也将成为常态。高海拔地域虽然存在一些不利于电子器件运行的因素，但因为常年温度偏低，充电系统实际上多数时间均能满负荷运行，仅很少时间需要降额处理来保证系统的可靠稳定运行。

针对上述情况，本发明提出一种高海拔地区智能充电控制方法，通过采集充电模块的出风口温度、充电模块核心器件的温度以及海拔高度，合理有效地控制输出功率，确保充电安全、高效运行。此发明无需给充电系统超额配置功率，在高海拔区域应用大大缩减成本，而且尽可能在宽环境温度下满功率输出，保证充电速度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种、适用于高海拔的充电桩功率智能控制方法与装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于高海拔的充电桩功率智能控制方法，包括以下步骤：

1)采集充电桩充电模块的出风口温度T；

2)采集充电桩充电模块内部核心器件的温度；

3)采集充电桩所处地的海拔高度；

4)根据充电桩所处地的海拔高度，确定海拔修正温度Th；

5)根据充电桩充电模块内部核心器件的温度，确定器件修正温度T_d；

6)充电桩系统输出功率控制

充电输出功率控制的总原则采用：在无温度加速时的功率曲线基础上进行温度加速的修正，计算出最终的输出功率；

6.1)以充电系统进风口温度T和海拔高度H为影响因素，计算输出功率的温度变量为：

T_p＝T_h+T_d+T；

6.2)充电输出功率系数关系式P(T，H)如下：

其中，P(T，H)为最终的输出功率与充电桩系统整桩能输出功率的比值；T_m为第一温度阈值，T_n为第二温度阈值，H₁为第一海拔阈值，H₂为第二海拔阈值；

6.3)根据充电输出功率系数关系式P(T，H)获得最终的输出功率。

按上述方案，所述步骤4)中海拔修正温度T_h的确定方法如下：

若海拔低于H₁，温度加速项T_h＝0；若海拔高于H₂，温度加速项T_h＝△T₁；海拔处于两者之间则按照海拔每增加100m，海拔修正温度T_h增加1℃。

按上述方案，所述步骤4)中海拔修正温度T_h的确定方法如下：

海拔修正温度T_h与海拔H之间的关系式可表示为：

其中，H为海拔值，k₁＝(H₂-H₁)/ΔT₁，b₀为常数。

按上述方案，所述步骤5)器件修正温度T_d的确定方法如下：

充电模块内部核心器件的温度小于T₁时，器件修正温度T_d＝0；充电模块内部核心器件的温度大于T₂度时，器件修正温度T_d＝△T₂；充电模块内部核心器件的温度处于T₁和T₂之间时，器件修正温度与器件温度成线性关系；

按上述方案，所述步骤5)器件修正温度T_d的确定方法如下：

其中，T为充电模块内部核心器件的温度，T₁和T₂为预设的充电模块内部核心器件温度阈值。

本发明还提供一种适用于高海拔的充电桩功率智能控制装置，包括：

采集模块，用于采集充电桩充电模块的出风口温度T；采集充电桩充电模块内部核心器件的温度；采集充电桩所处地的海拔高度；

海拔修正温度确定模块，用于根据充电桩所处地的海拔高度，确定海拔修正温度T_h；

器件修正温度确定模块，用于根据充电桩充电模块内部核心器件的温度，确定器件修正温度T_d；

充电桩系统输出功率控制模块，用于控制充电桩系统输出功率，具体如下：

充电输出功率控制的总原则采用：在无温度加速时的功率曲线基础上进行温度加速的修正，计算出最终的输出功率；

1)以充电系统进风口温度T和海拔高度H为影响因素，计算输出功率的温度变量表示为：

T_p＝T_h+T_d+T；

2)充电输出功率系数关系式P(T，H)如下：

其中，T_m为第一温度阈值，T_n为第二温度阈值，H₁为第一海拔阈值，H₂为第二海拔阈值；

3)根据充电输出功率系数关系式P(T，H)获得最终的输出功率。

按上述方案，所述海拔修正温度确定模块中海拔修正温度T_h的确定方法如下：

若海拔低于H₁，温度加速项T_h＝0；若海拔高于H₂，温度加速项T_h＝△T₁；海拔处于两者之间则按照海拔每增加100m，海拔修正温度T_h增加1℃。

按上述方案，所述海拔修正温度确定模块中中海拔修正温度Th的确定方法如下：

海拔修正温度T_h与海拔H之间的关系式可表示为：

其中，H为海拔值，k₁＝(H₂-H₁)/ΔT₁，b₀为常数。

按上述方案，所述器件修正温度确定模块中器件修正温度T_d的确定方法如下：

充电模块内部核心器件的温度小于T₁时，器件修正温度T_d＝0；充电模块内部核心器件的温度大于T₂度时，器件修正温度T_d＝△T₂；充电模块内部核心器件的温度处于T₁和T₂之间时，器件修正温度与器件温度成线性关系；

按上述方案，所述器件修正温度确定模块中器件修正温度T_d的确定方法如下：

其中，T为充电模块内部核心器件的温度，T₁和T₂为预设的充电模块内部核心器件温度阈值。

本发明产生的有益效果是：本发明通过采集充电系统进(出)口温度、充电模块核心器件的温度以及海拔高度，合理有效地控制输出功率，确保充电安全、高效运行。此发明无需给充电系统超额配置功率，在高海拔区域应用大大缩减成本，而且尽可能在宽环境温度下满功率输出，保证充电速度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明背景技术中目前主流充电桩不同海拔输出功率配置示意图；

图2是本发明实施例的海拔与温度加速关系示意图；

图3是本发明实施例的充电核心功率器件温度与温度加速关系示意图；

图4是本发明实施例的无温度加速项时功率降额曲线示意图；

图5是本发明实施例的不同海拔进风口温度下充电输出功率曲线示意图；

图6是本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图6所示，一种适用于高海拔的充电桩功率智能控制方法，包括以下步骤：

1)采集充电桩充电模块的出风口温度T；

2)采集充电桩充电模块内部核心器件的温度；

3)采集充电桩所处地的海拔高度；

4)根据充电桩所处地的海拔高度，确定海拔修正温度T_h；

海拔低于H₁，温度加速项T_h＝0；海拔高于H₂，温度加速项T_h＝△T1；海拔处于两者之间则按照海拔每增加100m，温度加速1℃的线性关系。由此，海拔加速温度与海拔之间的关系式可表示为：

其中，H为海拔值，用户可根据不同的地域特点，在充电桩监控界面设置当地的海拔值，桩企也可在出厂前设置好运行的海拔值，本实施例中为增加适应性，采用传感器获得海拔并发送给充电桩系统处理。

5)根据充电桩充电模块内部核心器件的温度，确定器件修正温度T_d；

充电桩的核心部件是充电模块，充电模块的功率器件也是主要的发热源，实时监测功率器件的温度并作出相应的功率降额运行，可以延长器件使用寿命，以确保充电桩稳定可靠运行。

如图3，参考功率器件手册，根据充电系统进风口温度拟合器件加速温度的曲线。充电模块内部核心器件的温度小于T₁时，器件修正温度Td＝0；充电模块内部核心器件的温度大于T₂度时，器件修正温度T_d＝△T₂；充电模块内部核心器件的温度处于T₁和T₂之间时，器件修正温度与器件温度成线性关系；

由此，功率器件加速温度与充电温度的关系可表示为：

6)充电桩系统输出功率控制

在不考虑任何温度加速项情况下，充电桩可根据系统进风口温度进行功率降额控制，如图4所示，温度小于Tm时，充电满载输出；温度大于Tn时，按照额定功率20％输出，同时系统停止充电；温度处于两者之间时，按照线性降额策略。由此，输出功率系数与温度的关系式可表示为：

充电输出功率控制的总原则采用：在无温度加速时的功率曲线基础上进行温度加速的修正，计算出最终的输出功率。以充电系统进风口温度T和海拔高度H为影响因素，那么用于计算输出功率的温度变量可表示为：

T_p＝T_h+T_d+T

则充电输出功率系数关系式P(T，H)，如下：

如图5所示，充电桩按照初始设计好的输出功率曲线，根据输出功率的温度变量不断左右平移曲线位置，即调整实际输出功率大小。

本发明应用于充电桩系统，通过温度传感器检测充电桩系统进(出)风口温度T，以及系统所处工作环境的海拔计算出海拔加速度Th，充电核心功率器件温度加速相Td，来实时计算输出功率。从而提高充电桩系统高海拔工作的可靠性和输出功率最大化。

本发明不仅仅适用于充电桩系统，对其他有高功率需求的风冷电气系统在高海拔地带应用一样具备指导价值。

根据上述方法，本发明还提供一种适用于高海拔的充电桩功率智能控制装置，包括：

采集模块，用于采集充电桩充电模块的出风口温度T；采集充电桩充电模块内部核心器件的温度；采集充电桩所处地的海拔高度；

海拔修正温度确定模块，用于根据充电桩所处地的海拔高度，确定海拔修正温度T_h；

海拔修正温度确定模块中海拔修正温度T_h的确定方法如下：

若海拔低于H₁，温度加速项T_h＝0；若海拔高于H₂，温度加速项T_h＝△T₁；海拔处于两者之间则按照海拔每增加100m，海拔修正温度T_h增加1℃。

海拔修正温度T_h与海拔H之间的关系式可表示为：

其中，H为海拔值，k₁＝(H₂-H₁)/ΔT₁，b₀为常数。

器件修正温度确定模块，用于根据充电桩充电模块内部核心器件的温度，确定器件修正温度T_d；

器件修正温度确定模块中器件修正温度T_d的确定方法如下：

充电模块内部核心器件的温度小于T₁时，器件修正温度T_d＝0；充电模块内部核心器件的温度大于T₂度时，器件修正温度T_d＝△T₂；充电模块内部核心器件的温度处于T₁和T₂之间时，器件修正温度与器件温度成线性关系；

器件修正温度确定模块中器件修正温度T_d的确定方法如下：

其中，T为充电模块内部核心器件的温度，T₁和T₂为预设的充电模块内部核心器件温度阈值。

充电桩系统输出功率控制模块，用于控制充电桩系统输出功率，具体如下：

充电输出功率控制的总原则采用：在无温度加速时的功率曲线基础上进行温度加速的修正，计算出最终的输出功率；

1)以充电系统进风口温度T和海拔高度H为影响因素，计算输出功率的温度变量表示为：

T_p＝T_h+T_d+T；

2)充电输出功率系数关系式P(T，H)如下：

其中，T_m为第一温度阈值，T_n为第二温度阈值，H₁为第一海拔阈值，H₂为第二海拔阈值；

3)根据充电输出功率系数关系式P(T，H)获得最终的输出功率。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种适用于高海拔的充电桩功率智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采集充电桩充电模块的出风口温度T；

2)采集充电桩充电模块内部核心器件的温度；

3)采集充电桩所处地的海拔高度；

4)根据充电桩所处地的海拔高度，确定海拔修正温度T_h；

5)根据充电桩充电模块内部核心器件的温度，确定器件修正温度T_d；

6)充电桩系统输出功率控制；

6.1)以充电系统进风口温度T和海拔高度H为影响因素，计算输出功率的温度变量为：

T_p＝T_h+T_d+T；

6.2)充电输出功率系数关系式P(T，H)如下：

其中，P(T，H)为最终的输出功率与充电桩系统整桩能输出功率的比值；T_m为第一温度阈值，T_n为第二温度阈值，H₁为第一海拔阈值，H₂为第二海拔阈值,

6.3)根据充电输出功率系数关系式P(T，H)获得最终的输出功率，

其中，所述步骤4)中海拔修正温度T_h的确定方法如下：

海拔修正温度T_h与海拔H之间的关系式可表示为：

其中，H为海拔值，k₁＝(H₂-H₁)/ΔT₁，b₀为常数，ΔT₁为海拔修正温度T_h的最大值，即当模块海拔大于等于H₂时，T_h限幅取值最大为ΔT₁，

所述步骤5)器件修正温度T_d的确定方法如下：

其中，T为充电模块内部核心器件的温度，T₁和T₂为预设的充电模块内部核心器件温度阈值，ΔT₂为器件修正温度T_d的最大值，即当模块内部核心温度大于等于T₂时，T_d限幅取值最大ΔT₂，

2.根据权利要求1所述的适用于高海拔的充电桩功率智能控制方法，其特征在于，所述步骤4)中海拔修正温度T_h的确定方法如下：

若海拔低于H₁，海拔修正温度T_h＝0；若海拔高于H₂，海拔修正温度T_h＝△T₁；海拔处于两者之间则按照海拔每增加100m，海拔修正温度T_h增加1℃。

3.根据权利要求1所述的适用于高海拔的充电桩功率智能控制方法，其特征在于，所述步骤5)器件修正温度T_d的确定方法如下：

充电模块内部核心器件的温度小于T₁时，器件修正温度T_d＝0；充电模块内部核心器件的温度大于T₂度时，器件修正温度T_d＝△T₂；充电模块内部核心器件的温度处于T₁和T₂之间时，器件修正温度与器件温度成线性关系。

4.一种适用于高海拔的充电桩功率智能控制装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集充电桩充电模块的出风口温度T；采集充电桩充电模块内部核心器件的温度；采集充电桩所处地的海拔高度；

海拔修正温度确定模块，用于根据充电桩所处地的海拔高度，确定海拔修正温度T_h；

器件修正温度确定模块，用于根据充电桩充电模块内部核心器件的温度，确定器件修正温度T_d；

充电桩系统输出功率控制模块，用于计算充电桩系统的输出功率，具体如下：

1)以充电系统进风口温度T和海拔高度H为影响因素，计算输出功率的温度变量表示为：

T_p＝T_h+T_d+T；

2)充电输出功率系数关系式P(T，H)如下：

其中，P(T，H)为最终的输出功率与充电桩系统整桩能输出功率的比值，T_m为第一温度阈值，T_n为第二温度阈值，H₁为第一海拔阈值，H₂为第二海拔阈值,

3)根据充电输出功率系数关系式P(T，H)获得最终的输出功率，其中，所述海拔修正温度确定模块中海拔修正温度T_h的确定方法如下：

海拔修正温度T_h与海拔H之间的关系式可表示为：

其中，H为海拔值，k₁＝(H₂-H₁)/ΔT₁，b₀为常数，

所述器件修正温度确定模块中器件修正温度T_d的确定方法如下：

其中，T为充电模块内部核心器件的温度，T₁和T₂为预设的充电模块内部核心器件温度阈值，ΔT₂为器件修正温度T_d的最大值，即当模块内部核心温度大于等于T₂时，T_d限幅取值最大ΔT₂，

5.根据权利要求4所述的适用于高海拔的充电桩功率智能控制装置，其特征在于，所述海拔修正温度确定模块中海拔修正温度T_h的确定方法如下：

若海拔低于H₁，海拔修正温度T_h＝0；若海拔高于H₂，海拔修正温度T_h＝△T₁；海拔处于两者之间则按照海拔每增加100m，海拔修正温度T_h增加1℃。

6.根据权利要求4所述的适用于高海拔的充电桩功率智能控制装置，其特征在于，所述器件修正温度确定模块中器件修正温度T_d的确定方法如下：

充电模块内部核心器件的温度小于T₁时，器件修正温度T_d＝0；充电模块内部核心器件的温度大于T₂度时，器件修正温度T_d＝△T₂；充电模块内部核心器件的温度处于T₁和T₂之间时，器件修正温度与器件温度成线性关系。

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