充电桩集成大功率充电控制方法、系统、设备及存储介质与流程

本发明属于充电桩，具体涉及一种充电桩集成大功率充电控制方法、系统、设备及存储介质。

背景技术：

1、市场上主流的充电桩多为独立一体机形态，该类设备通常集成了ac/dc变换模块、计量模块、控制单元及人机交互界面，具备单机独立运行的能力。在现有落地应用中，单个独立一体机充电桩通过标准线缆与电网侧或车辆侧连接，仅能为本机配置的额定输出功率提供固定额度的充电服务。当上级电源容量充足时，现场多台已投运的一体式充电机因各自独立运行，难以适配当前多样化车型的充电功率需求。在实际运行中，常常出现部分一体机充电模块长期闲置、利用率偏低，而另一部分一体机因功率固定无法满足大功率车辆充电需求的问题，整体资源配置不合理、运行效率不高。

2、目前一些分布式的充电拓扑结构，多采用环形+星型的混合结构。其核心是功率模块通过直流接触器串联形成的环形主回路，而每个充电枪（即充电终端）像“星星”一样通过接触器连接到这个环形回路的特定点上。这种方式对一体式充电桩的硬件改动较大。且这种充电拓扑结构采用的控制方法仍是集中式控制方式，功率分配方案在充电会话开始或数量变化时确定，之后通常不变。这种控制方式的灵活性较低，无法实时响应单桩的突发高功率需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述不足，本发明提供一种充电桩集成大功率充电控制方法、系统、设备及存储介质，以解决上述技术问题。

2、第一方面，本发明提供一种充电桩集成大功率充电控制方法，应用于由多个充电桩节点通过独立的通信环和功率环连接而成的环形网络，方法包括：

3、通过所述通信环，在每个调度周期内，各节点广播包含自身充电优先级分值及功率模块状态的本节点状态报文，并接收相邻节点转发的全网状态报文；

4、各节点根据所获取的全网状态报文，独立判断是否存在满足功率借调条件的借入节点和借出节点；

5、当判断存在时，各节点基于预设的分布式调度规则，通过所述通信环进行过半数协商，确定本次功率调度的调度决策，所述调度决策至少包括借入节点标识、借出节点标识及功率调度量；

6、根据所述调度决策，控制所述借出节点向所述功率环注入功率，并控制所述借入节点将所述功率环上的功率提取至其直流母线。

7、在一个可选的实施方式中，所述环形网络的构建方法包括：

8、为每个充电桩节点配置一个外置的环形网络适配器，所述适配器包含通信处理单元、至少一对通信接口、以及功率传输端口；所述适配器通过原充电桩预留的通信接口与该充电桩的主控制器连接；

9、将各节点的通信接口与相邻节点的通信接口通过通信线缆依次首尾连接，形成闭合的环形通信链路；所述通信环用于传输节点状态报文、调度协商指令及同步信号；

10、将各节点的功率传输端口与相邻节点的功率传输端口通过功率线缆依次首尾连接，形成闭合的环形功率链路；所述功率环用于传输可调度的直流功率；

11、在每个所述适配器内部，将所述功率传输端口通过可控接触器电气连接，且所述功率传输端口之间在电气上隔离；所述可控接触器的通断受所述通信处理单元控制；

12、当任一节点检测到自身故障或通信中断时，其适配器内的所述可控接触器立即断开，将该节点从所述功率环中物理切除，其余节点继续保持环形连接并降级运行。

13、在一个可选的实施方式中，通过所述通信环，在每个调度周期内，各节点广播包含自身充电优先级分值及功率模块状态的本节点状态报文，并接收相邻节点转发的全网状态报文，包括：

14、所有节点以预设的固定周期同步启动每个调度周期；

15、每个节点在本调度周期内，生成本节点状态报文，所述本节点状态报文至少包含：本节点唯一标识、本节点当前的充电优先级分值、本节点的功率模块空闲数量及功率模块健康状态；

16、每个节点将生成的本节点状态报文从其通信接口发出，注入到所述通信环中；

17、每个节点从其通信接口接收相邻上游节点发来的状态报文，读取并存储该报文中的信息，然后在不改变报文内容的情况下，立即将该报文从其通信接口转发至相邻下游节点；

18、经过在通信环中传播n个节点次后，每个节点均接收到来自所有其他n-1个节点的状态报文，从而获得包含全网络节点状态信息的全网状态报文；

19、每个节点将接收到的各节点状态报文中的信息更新至本地的全网状态表中。

20、在一个可选的实施方式中，各节点根据所获取的全网状态报文，独立判断是否存在满足功率借调条件的借入节点和借出节点，包括：

21、各节点从所获取的全网状态报文中解析出每个其他节点的充电优先级分值；

22、各节点将包括自身在内的所有节点的优先级分值按照从大到小进行排序，形成全网优先级序列；

23、将所述全网优先级序列中分值最高且不为所述无效值的节点判定为当前调度周期内的潜在借入节点；若存在多个节点分值相同且均为最高，则依据预设的冲突解决规则选定唯一的借入节点；

24、各节点根据所述全网状态报文中的功率模块状态信息，筛选出当前处于空闲状态的功率模块所属节点，将其中至少一个节点判定为潜在借出节点；

25、当所述潜在借入节点的自身功率模块无法满足其当前充电需求，且所述潜在借出节点的空闲功率模块数量大于零时，则判定存在满足功率借调条件的借入节点和借出节点。

26、在一个可选的实施方式中，所述充电优先级分值的计算规则包括：

27、对于正在充电的节点，其优先级分值为实际充电累计时长；

28、对于液冷节点的优先级分值为实际充电累计时长加上固定加成时长；

29、对于未充电或已插枪但未启动充电的节点，其优先级分值设为一预设的无效值，该无效值在排序时排在最后。

30、在一个可选的实施方式中，各节点基于预设的分布式调度规则，通过所述通信环进行过半数协商，确定本次功率调度的调度决策，所述调度决策至少包括借入节点标识、借出节点标识及功率调度量，包括：

31、每个节点在完成对借入节点和借出节点的独立判断后，将自身的判断结果与从全网状态报文中获取的其他节点的判断结果进行比对；

32、若某一节点发现所有节点的判断结果完全一致，则该判断结果直接作为调度决策，无需进行协商投票；

33、若任一节点发现存在判断结果不一致的情形，则触发过半数协商投票流程；

34、每个节点将自身判断生成的调度协议作为投票对象，通过所述通信环广播一张赞成票，所述赞成票至少包含所支持的借入节点标识、借出节点标识及功率调度量；

35、每个节点接收所有其他节点广播的赞成票，统计每个不同提议所获得的赞成票数；

36、每个节点独立判断，将获得赞成票数超过节点总数一半的提议确定为本次功率调度的调度决策；若存在多个提议均获得过半数赞成票，则选择其中功率调度量最大或借入节点优先级最高的提议作为最终决策；

37、若在预设的超时时间内没有任何提议获得过半数赞成票，则各节点根据预设的默认规则处理，并进入下一调度周期。

38、在一个可选的实施方式中，在确定本次功率调度的调度决策之后，所述方法还包括：

39、各节点以预设周期动态选举出一个节点作为当前任期的协调者节点，所述协调者节点通过通信环接收每个其他节点广播的信息；

40、协调者节点基于接收的信息确定当前调度主体后，判断是否存在与该调度主体竞争同一借出方资源的次级申请节点，且相应借出方节点的空闲功率模块不足以同时满足双方需求；

41、所述协调者节点依据预设的多因素权重算法，确定所述调度主体与所述次级申请节点之间的资源分配比例；

42、所述协调者节点根据分配结果生成仲裁决议帧并通过通信环广播；

43、所述借出方节点根据所述仲裁决议帧，按比例分割其空闲功率模块的输出能力，同时向所述调度主体和所述次级申请节点提供功率。

44、第二方面，本发明提供一种充电桩集成大功率充电控制系统，应用于由多个充电桩节点通过独立的通信环和功率环连接而成的环形网络，系统包括：

45、报文广播模块，用于通过所述通信环，在每个调度周期内，各节点广播包含自身充电优先级分值及功率模块状态的本节点状态报文，并接收相邻节点转发的全网状态报文；

46、借调判断模块，用于各节点根据所获取的全网状态报文，独立判断是否存在满足功率借调条件的借入节点和借出节点；

47、决策确定模块，用于当判断存在时，各节点基于预设的分布式调度规则，通过所述通信环进行过半数协商，确定本次功率调度的调度决策，所述调度决策至少包括借入节点标识、借出节点标识及功率调度量；

48、决策执行模块，用于根据所述调度决策，控制所述借出节点向所述功率环注入功率，并控制所述借入节点将所述功率环上的功率提取至其直流母线。

49、第三方面，提供一种设备，包括：

50、存储器，用于存储充电桩集成大功率充电控制程序；

51、处理器，用于执行所述充电桩集成大功率充电控制程序时实现如第一方面提供的充电桩集成大功率充电控制方法的步骤。

52、第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，存储介质上存储有充电桩集成大功率充电控制程序，充电桩集成大功率充电控制程序被处理器执行时实现如第一方面提供的充电桩集成大功率充电控制方法的步骤。

53、本发明的有益效果在于，本发明提供的充电桩集成大功率充电控制方法、系统、设备及存储介质，提出桩与桩之间通过通信线缆和功率线缆直接连接，形成“通信环”和“功率环”双环，实现现有独立桩的功率柔性共享和去中心化调度，不改核心硬件。且采用的控制方法是去中心式的控制方法，每个桩的本地控制器基于一致的算法（如优先级、过半数投票）自主决策，无需中央指令。通过去中心化调度，将多个桩的功率模块聚合成一个可动态分配的共享资源池，提升了整体功率利用率和充电效率，缩短高优先级车辆的充电时间，且能对现有场站进行低成本改造。