一种充电系统负载均衡的控制方法、装置及介质与流程

1.本申请涉及充电系统技术领域，特别是涉及一种充电系统负载均衡的控制方法、装置及介质。


背景技术：

2.近年来中国的新能源车辆在国家的扶持下发展迅猛，车载充电系统作为新能源汽车重要的组成部分，市场对于充电系统的充电功率的需求也日益提升。目前市场上存在的车载充电系统，基本已实现多路功率模块并联工作的设计，充电过程中可通过动态调整功率模块的数量来满足新能源车辆的充电需求，但在控制方面未能充分结合功率模块工作效率及自身损耗特性做出对应的策略，导致普遍存在因各功率模块负载不均衡导致充电系统效率低，功率模块的寿命缩短等现象。
3.鉴于上述现有技术，寻求一种能够避免充电系统充电过程中功率模块负载不均衡的方法是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本申请的目的是提供一种充电系统负载均衡的控制方法、装置及介质，实现功率模块的负载均衡，提升功率模块的使用寿命。
5.为解决上述技术问题，本申请提供一种充电系统负载均衡的控制方法，包括：
6.获取各功率模块的工作效率大于预设阈值时的充电电流；
7.接收车辆控制器发送的当前电流指令；
8.依据所述充电电流与功率模块组合的对应关系确定当前电流指令对应的目标功率模块组合，以使所述目标功率模块组合中的各所述功率模块的工作效率大于所述预设阈值。
9.优选地，还包括：
10.获取各所述功率模块的状态信息；
11.利用负载均衡算法根据所述状态信息计算各所述功率模块的优良值；
12.则所述依据所述充电电流与功率模块组合的对应关系确定当前电流指令对应的目标功率模块组合，具体为：
13.依据当前电流指令确定各所述功率模块的组合形式；
14.根据所述组合形式和各所述功率模块的优良值选取最优功率模块组合。
15.优选地，所述状态信息包括所述工作效率、功和启动次数，则所述利用负载均衡算法根据所述状态信息计算各所述功率模块的优良值具体为：
16.根据优良值确定公式，计算各所述功率模块的优良值；所述优良值确定公式为：优良值＝工作效率
÷
功
×
启动次数。
17.优选地，还包括：
18.依据当前电流指令确定需要减少的所述功率模块的数量；
19.按照做功数值由大到小的顺序对当前最优功率模块组合中的各所述功率模块进行排序；
20.按照所述数量移除做功最多的所述功率模块。
21.优选地，还包括：
22.对处于非工作状态的所述功率模块进行故障检测。
23.优选地，还包括：
24.当所述功率模块发生故障时，控制报警模块发出提醒信号。
25.优选地，所述功率模块输出的充电电流为所述功率模块的最大输出电流能力的40％至60％时，所述功率模块的工作效率大于所述预设阈值。
26.为解决上述技术问题，本申请还提供一种充电系统负载均衡的控制装置，包括：
27.获取模块，用于获取各功率模块的工作效率大于预设阈值时的充电电流；
28.接收模块，用于接收车辆控制器发送的当前电流指令；
29.确定模块，用于依据所述充电电流与功率模块组合的对应关系确定当前电流指令对应的目标功率模块组合，以使所述目标功率模块组合中的各所述功率模块的工作效率大于所述预设阈值。
30.为解决上述技术问题，本申请还提供一种充电系统负载均衡的控制装置，包括存储器，用于存储计算机程序；
31.处理器，用于执行所述计算机程序时实现如所述的充电系统负载均衡的控制方法的步骤。
32.为解决上述技术问题，本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如所述的充电系统负载均衡的控制方法的步骤。
33.本申请所提供的充电系统负载均衡的控制方法，预先获取各功率模块的工作效率大于预设阈值时的充电电流，然后在接收到车辆控制器发送的当前电流指令时，依据当前电流指令确定目标功率模块组合。应用以上技术方案，在充电过程中能够确保各功率模块的工作效率最大，且各功率模块的输出电流之和等于当前电流指令所表征的目标电流的大小，因此实现了功率模块的负载均衡，提升了功率模块的使用寿命，同时提高了充电系统的效率。
34.此外，本申请提供的一种充电系统负载均衡的控制装置及介质，与上述充电系统负载均衡的控制方法对应，效果同上。
附图说明
35.为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本申请实施例提供的一种充电系统负载均衡的控制方法的流程图；
37.图2为本申请实施例提供的另一种充电系统负载均衡的控制方法的流程图；
38.图3为本申请实施例提供的另一种充电系统负载均衡的控制方法的流程图；
39.图4为本申请实施例提供的一种充电系统负载均衡的控制装置的结构示意图；
40.图5为本申请另一实施例提供的充电系统负载均衡的控制装置的结构图。
具体实施方式
41.下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护范围。
42.本申请的核心是提供一种充电系统负载均衡的控制方法、装置及介质，实现功率模块的负载均衡，提升功率模块的使用寿命。
43.为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。
44.在具体实施中，充电系统通过检测充电设备(例如充电桩)发送的连接信号，实时确认充电回路的连接是否正常。充电设备通过车辆控制器向充电系统发送充电设备的最大输出电流参数i_max，充电系统通过can接收当前已连接充电设备的最大输出电流能力，同时充电系统通过车辆控制器向充电设备发送自身每一路功率模块的最大输出电流参数io_max和最大输出电压参数vo_max。
45.图1为本申请实施例提供的一种充电系统负载均衡的控制方法的流程图。如图1所示，该方法包括：
46.s10：获取各功率模块的工作效率大于预设阈值时的充电电流。
47.在具体实施中，充电系统为了输出不同目标电流会执行不同的控制策略，功率模块工作在不同工况下损耗不同，功率模块的损耗主要来源于功率模块的开关损耗、导通损耗、压降损耗、电感损耗等，因此在不同充电电流下效率的表现是不同的，不同充电电压下表现出的统一的现象是在功率模块的最大输出电流能力的50％左右会存在一个最佳效率点，即功率模块输出的充电电流是最大输出电流能力的50％时，功率模块的工作效率最大。
48.具体地，功率模块输出的充电电流为功率模块的最大输出电流能力的40％至60％时，功率模块的工作效率大于预设阈值。
49.在具体设计时，若功率模块的工作效率大于预设阈值，则定义为该功率模块工作在高效区，通常可以选取最大输出电流能力的40％～60％作为功率模块的高效区，可以理解，高效区具体范围的定义还需考虑当时控制策略及功率模块设计，并根据实测效率数据具体定义，本申请对此不作限定，可以理解，相对应的本申请对于预设阈值的具体数值也不作限定。
50.s11：接收车辆控制器发送的当前电流指令。
51.在具体实施中，充电系统通过can收发模块解析车辆控制器发送的各类指令，包括最大输出电流、充电停止、s2开关状态、v2l放电指令等。当前电压指令表征为车辆控制器在当前状态下需要充电系统输出的目标电压，当前电流指令表征为车辆控制器在当前状态下需要充电系统输出的目标电流。需要说明的是，充电过程中，充电系统会实时不间断地获取当前电流指令。
52.需要说明的是，充电系统的功率模块具备三相交流电全波整流、滤波、升压、降压、稳压等功能，输出的直流电提供给高压电池包充电，充电系统通过高频脉宽调制技术实现
目标电压和目标电流的输出。由于功率模块设计能力限制及功率等级的要求，充电系统必须工作在指定范围，在任意充电电压下，功率模块的最大充电电流是固定的，不同充电电压下，功率模块的最大充电电流是不同的。
53.s12：依据充电电流与功率模块组合的对应关系确定当前电流指令对应的目标功率模块组合，以使目标功率模块组合中的各功率模块的工作效率大于预设阈值。
54.各功率模块的输出电流之和等于当前电流指令所表征的目标电流的大小，可以理解，功率模块的最大输出电流能力由其具体的硬件电路设计决定。若功率模块的最大输出电流能力为12a，设定高效区的输出电流为最大输出电流能力的40％～60％，则实际工作的电流为4.8a～7.2a时，功率模块的损耗最低。当接收到车辆控制器给的当前电流指令时，根据高效区值大小，分配需要几路功率模块工作，若4.8a＜目标电流io＜7.2a，则目标功率模块组合包括一路功率模块；若9.6a＜目标电流io＜14.4a，则目标功率模块组合包括两路功率模块，依次类推，本实施例不再赘述。
55.本申请所提供的充电系统负载均衡的控制方法，预先获取各功率模块的工作效率大于预设阈值时的充电电流，然后在接收到车辆控制器发送的当前电流指令时，依据当前电流指令确定目标功率模块组合。应用以上技术方案，在充电过程中能够确保各功率模块的工作效率最大，且各功率模块的输出电流之和等于当前电流指令所表征的目标电流的大小，因此实现了功率模块的负载均衡，提升了功率模块的使用寿命，同时提高了充电系统的效率。
56.图2为本申请实施例提供的另一种充电系统负载均衡的控制方法的流程图。如图2所示，还包括：
57.s20：获取各功率模块的状态信息。
58.功率模块的使用寿命与做功多少、启动次数、工作效率等多种因素相关，而其中工作效率尤为关键，本申请通过采集各状态信息决定需要工作的功率模块组合，以下为各参数的具体描述：
59.功，是不同工作状态下的功率与时间的积分，单位kwh；单个工作周期内做功值会在系统工作过程中周期性记录到存储模块，多个工作周期做功值进行累加；
60.启动次数，即各个功率模块参与工作的次数，由计数器模块进行统计，并在系统下电过程记录到存储模块，多个工作周期启动次数进行累加；
61.工作效率，这里具体指的是上个工作周期各个功率模块的平均效率，由输出功/输入功计算而来，并在系统下电过程记录到存储模块，下个工作周期产生的效率值覆盖上个周期的效率值。
62.s21：利用负载均衡算法根据状态信息计算各功率模块的优良值。
63.具体地，状态信息包括工作效率、功和启动次数，则s21具体为：
64.根据优良值确定公式，计算各功率模块的优良值；
65.优良值确定公式为：优良值(δ)＝工作效率(η)
÷
功(kwh)
×
启动次数(k)。
66.则依据充电电流与功率模块组合的对应关系确定当前电流指令对应的目标功率模块组合，具体为：
67.s22：依据当前电流指令确定各功率模块的组合形式。
68.在具体实施中，充电系统按照自身支持的最大功率模块数量进行分组编号，产出
组合形式，组合形式如表1所示。本实施例中，充电系统获取到车辆控制器发送的当前电流指令后，结合当前电流指令表征的目标电流的大小及高效区的电流范围，确定需要参与充电的功率模块组合形式。
69.表1
[0070][0071][0072]
s23：根据组合形式和各功率模块的优良值选取最优功率模块组合。
[0073]
充电系统对已确认的各个功率模块的组合形式进行优良值加法运算，最终选择计算结果高的功率模块组合形式参与功率输出。例如，若已确认功率模块的组合形式为两路，此时a路功率模块的优良值>c路功率模块的优良值>b路功率模块的优良值，则选用a、c两路功率模块组合作为最优功率模块组合进行功率输出。
[0074]
本实施例所提供的充电系统负载均衡的控制方法，依据当前电流指令确定各功率模块的组合形式并根据组合形式和各功率模块的优良值选取最优功率模块组合。在充电过程中能够在确保各功率模块的工作效率最大的同时选择优良值较高的功率模块参与工作，利用负载均衡算法进行最优功率模块组合的选择，能够保证各功率模块的实现负载均衡，避免某些功率模块提前损耗进而影响整个充电系统的使用寿命，提高了充电系统的稳定性。
[0075]
图3为本申请实施例提供的另一种充电系统负载均衡的控制方法的流程图。如图3所示，进一步地，在充电过程中，还包括：
[0076]
s30：依据当前电流指令确定需要减少的功率模块的数量。
[0077]
充电过程中，随着高压电池电量的增加，电压将不断升高，充电电流将不断减小，充电系统根据实时获取的当前电流指令判断当前功率模块组合是否已经无法满足高效区工作，并调整参与工作的功率模块的组合形式，以满足充电系统的功率模块始终工作在高效区。
[0078]
s31：按照做功数值由大到小的顺序对当前最优功率模块组合中的各功率模块进行排序。
[0079]
s32：按照数量移除做功最多的功率模块。
[0080]
充电系统读取存储模块，按照做功多少排序，移除并回收做功多的功率模块进入空闲队列，最终选择结做功少的功率模块组合继续进行功率输出。
[0081]
本实施例所提供的充电系统负载均衡的控制方法，在充电过程中，充电电流减小时，能够将做功多的功率模块移除，在满足充电需求的同时，节省了功率模块的使用次数，避免了资源浪费，同时保证了剩余的功率模块能够工作在高效区，提高了功率模块的使用寿命，提高了充电系统的稳定性。
[0082]
在上述实施例的基础上，作为一种优选地实施例，还包括：
[0083]
对处于非工作状态的功率模块进行故障检测。
[0084]
进一步地，还包括：
[0085]
当功率模块发生故障时，控制报警模块发出告警信号。
[0086]
在具体实施中，可以对处于非工作状态的功率模块进行故障检测，以便及时发现故障模块并及时处理。当功率模块发生故障时，可以通过预先设置的报警方式发送告警信号，例如可通过整车仪表显示报警，以便相关人员能够及时完成对故障模块的更换。
[0087]
在上述实施例中，对于充电系统负载均衡的控制方法进行了详细描述，本申请还提供充电系统负载均衡的控制装置对应的实施例。需要说明的是，本申请从两个角度对装置部分的实施例进行描述，一种是基于功能模块的角度，另一种是基于硬件的角度。
[0088]
图4为本申请实施例提供的一种充电系统负载均衡的控制装置的结构示意图。如图4所示，基于功能模块的角度，该装置包括：
[0089]
获取模块10，用于获取各功率模块的工作效率大于预设阈值时的充电电流；
[0090]
接收模块11，用于接收车辆控制器发送的当前电流指令；
[0091]
确定模块12，用于依据充电电流与功率模块组合的对应关系确定当前电流指令对应的目标功率模块组合，以使目标功率模块组合中的各功率模块的工作效率大于预设阈值。
[0092]
由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
[0093]
本申请所提供的充电系统负载均衡的控制装置，预先获取各功率模块的工作效率大于预设阈值时的充电电流，然后在接收到车辆控制器发送的当前电流指令时，依据当前电流指令确定目标功率模块组合。应用以上技术方案，在充电过程中能够确保各功率模块的工作效率最大，且各功率模块的输出电流之和等于当前电流指令所表征的目标电流的大小，因此实现了功率模块的负载均衡，提升了功率模块的使用寿命，同时提高了充电系统的效率。
[0094]
图5为本申请另一实施例提供的充电系统负载均衡的控制装置的结构图，如图5所示，基于硬件结构的角度，该装置包括：
[0095]
存储器20，用于存储计算机程序；
[0096]
处理器21，用于执行计算机程序时实现如上述实施例中充电系统负载均衡的控制方法的步骤。
[0097]
本实施例提供的充电系统负载均衡的控制装置可以包括但不限于智能手机、平板电脑、笔记本电脑或台式电脑等。
[0098]
其中，处理器21可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器21可以采用dsp(digital signal processing，数字信号处理)、fpga(field－programmable gate array，现场可编程门阵列)、pla(programmable logic array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器21也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称cpu(central processing unit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。
[0099]
存储器20可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器20还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多
个磁盘存储设备、闪存存储设备。本实施例中，存储器20至少用于存储以下计算机程序201，其中，该计算机程序被处理器21加载并执行之后，能够实现前述任一实施例公开的充电系统负载均衡的控制方法的相关步骤。另外，存储器20所存储的资源还可以包括操作系统202和数据203等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。其中，操作系统202可以包括windows、unix、linux等。
[0100]
在一些实施例中，充电系统负载均衡的控制装置还可包括有输入输出接口22、通信接口23、电源24以及通信总线25。
[0101]
本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构并不构成对充电系统负载均衡的控制装置的限定，可以包括比图示更多或更少的组件。
[0102]
本申请实施例提供的充电系统负载均衡的控制装置，包括存储器和处理器，处理器在执行存储器存储的程序时，能够实现如下方法：预先获取各功率模块的工作效率大于预设阈值时的充电电流，然后在接收到车辆控制器发送的当前电流指令时，依据当前电流指令确定目标功率模块组合。应用以上技术方案，在充电过程中能够确保各功率模块的工作效率最大，且各功率模块的输出电流之和等于当前电流指令所表征的目标电流的大小，因此实现了功率模块的负载均衡，提升了功率模块的使用寿命，同时提高了充电系统的效率。
[0103]
最后，本申请还提供一种计算机可读存储介质对应的实施例。计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述方法实施例中记载的步骤。
[0104]
可以理解的是，如果上述实施例中的方法以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read
‑
only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0105]
以上对本申请所提供的一种充电系统负载均衡的控制方法、装置及介质进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
[0106]
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排
除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。