本發(fā)明涉及換電站電池充電控制領域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種換電站控制系統動態(tài)調控電池充電的實現方法。

背景技術：

1、換電站大功率充電系統通常采用多模塊并聯拓撲架構，例如由多個50kw功率模塊組成300kw充電單元，以應對不同時段電池組的動態(tài)充電需求。在高峰換電時段，系統需調用全部模塊滿負荷運行以實現快速補能；而在低谷時段，僅需對少量電池組進行涓流充電。然而，現有充電機的功率模塊采用固定分組設計，每組模塊的電氣連接與開關控制邏輯在硬件層面被固化，導致系統無法根據實時負載波動靈活調整模塊組合。當負載需求低于單組功率容量時，系統被迫以整組為單位啟停模塊，造成冗余模塊空載損耗，同時因電流分配不均導致局部模塊過熱，器件壽命大幅衰減。

2、現有充電機受限于硬件拓撲的剛性架構與控制策略的靜態(tài)分組模式，無法在毫秒級時間尺度內動態(tài)解耦模塊間的電氣連接關系，導致系統效率、均流精度與設備壽命無法協同優(yōu)化，嚴重制約換電站對電池充電過程的動態(tài)調控能力。

3、為了解決上述問題，現提供一種技術方案。

技術實現思路

1、為了克服現有技術的上述缺陷，本發(fā)明的實施例提供一種換電站控制系統動態(tài)調控電池充電的實現方法，通過分析充電模塊紋波電流波形并提取阻抗相位特征，生成動態(tài)阻抗差異矩陣，基于此矩陣，計算阻抗失配的廣義熵與拓撲重構動態(tài)增益，優(yōu)化充電模塊連接，動態(tài)組建并聯充電模塊組，并通過反相補償信號均衡電流，緩解電流不均；利用pwm波形相位偏移調整實現開關動作交錯分布，降低紋波影響；虛擬充電單元結合母線電壓波動率分析，實時推導充電功率需求并優(yōu)化功率分配；此外，依托三維溫度場模型與拓撲二次重構機制，快速響應局部過熱，提升充電過程適應性、可靠性與運營效率，延長設備壽命，以解決上述背景技術中提出的問題。

2、為實現上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

3、s1：實時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，生成動態(tài)阻抗差異矩陣；

4、s2：根據動態(tài)阻抗差異矩陣評估阻抗失配和重構效益，當評估結果滿足重構條件時，生成拓撲重構指令；

5、s3，依據拓撲重構指令控制繼電器陣列，調整充電模塊間的連接，形成并聯充電模塊組，并注入與阻抗特征反相的補償信號以均衡電流；

6、s4，通過可編程延遲單元調整并聯充電模塊組內各充電模塊pwm波形的相位偏移量，使相鄰充電模塊的開關動作按設定間隔交錯分布，實現紋波抵消與電流均衡；

7、s5，將并聯充電模塊組視為虛擬充電單元，基于母線電壓波動率推導功率需求，通過多目標優(yōu)化算法分配各虛擬充電單元的功率權重系數；

8、s6，利用溫度傳感陣列監(jiān)測并聯充電模塊組內充電模塊的溫度，當檢測到局部溫度異常時，觸發(fā)拓撲二次重構指令，調整連接并啟用備用充電模塊。

9、在一個優(yōu)選的實施方式中，步驟s1包括以下內容：

10、通過設置于每個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；對所采集的紋波電流波形進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，計算每個充電模塊的阻抗相位；根據各充電模塊的阻抗相位，計算任意兩個充電模塊的阻抗相位差，并取其絕對值，構建動態(tài)阻抗差異矩陣。

11、在一個優(yōu)選的實施方式中，步驟s2包括以下內容：

12、對動態(tài)阻抗差異矩陣的元素進行歸一化處理以形成概率分布，再通過阻抗相位差的平方加權計算阻抗失配廣義熵指數，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雜性和集中度；然后基于動態(tài)阻抗差異矩陣模擬拓撲重構前后的阻抗差異變化，計算重構前后電流標準差的變化率，并結合功率損耗的非線性調節(jié)因子計算拓撲重構動態(tài)增益指數，具體為以電流標準差變化率乘以功率損耗的非線性調節(jié)因子，得出拓撲重構對電流分配和效率改善的動態(tài)效益。

13、在一個優(yōu)選的實施方式中，步驟s2還包括以下內容：

14、將阻抗失配廣義熵指數與拓撲重構動態(tài)增益指數加權求和，得到拓撲重構決策系數；最后將拓撲重構決策系數的數值與預設閾值進行比較，當拓撲重構決策系數超過預設閾值時，生成拓撲重構指令。

15、在一個優(yōu)選的實施方式中，步驟s3包括以下內容：

16、接收拓撲重構指令后讀取動態(tài)阻抗差異矩陣，通過比較矩陣中每一對充電模塊的阻抗相位差異與預設阻抗差異閾值，識別阻抗相位差異超過阻抗差異閾值的充電模塊對并標記為需斷開的目標對；

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

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

19、最后計算每個并聯充電模塊組內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償信號并通過信號注入電路疊加至控制信號，以均衡組內電流分布。

20、在一個優(yōu)選的實施方式中，步驟s4包括以下內容：

21、獲取并聯充電模塊組的拓撲結構信息，構建電氣拓撲圖以記錄每個充電模塊在組內的位置及與相鄰充電模塊的連接關系；

22、接著計算并聯充電模塊組內充電模塊總數，并通過將完整周期的三百六十度除以充電模塊總數確定初始相位偏移量，再結合各充電模塊阻抗相位與組內平均值的偏差及動態(tài)修正因子調整相位偏移量；

23、隨后將調整后的相位偏移量除以三百六十度并乘以脈寬調制波形開關周期，轉換為時間延遲值，通過每個充電模塊驅動電路中的可編程延遲單元調整脈寬調制波形起始時間，實現開關動作的交錯分布；

24、最后實時監(jiān)測并聯充電模塊組輸出電流的紋波系數，通過峰值與谷值之差除以平均值計算，若紋波系數超過預設閾值則微調動態(tài)修正因子并重新調整相位偏移量，直至紋波系數滿足要求，確保電流均衡與紋波抵消效果。

25、在一個優(yōu)選的實施方式中，步驟s5包括以下內容：

26、將并聯充電模塊組視為一個整體單元，定義為虛擬充電單元，并通過累加并聯充電模塊組內所有充電模塊的額定功率，計算得出虛擬充電單元的等效功率輸出能力；

27、然后通過實時監(jiān)測母線電壓在預設時間段內的變化情況，計算母線電壓的電壓波動率，并依據預先建立的電壓波動率與充電功率需求之間的對應關系，推導出當前的充電功率需求；

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

29、最后將優(yōu)化得到的功率權重系數應用于虛擬充電單元的功率控制。

30、在一個優(yōu)選的實施方式中，步驟s6包括以下內容：

31、通過設置在每個充電模塊散熱器表面的多個溫度傳感器實時采集溫度數據，并利用插值算法將離散的溫度數據轉換為連續(xù)的三維溫度場模型，同時計算三維溫度場的溫度梯度以識別溫度變化劇烈的區(qū)域；

32、然后計算每個充電模塊所在區(qū)域的平均溫度和最大溫度梯度，并與預設的溫度異常閾值和梯度異常閾值進行比較，若平均溫度超過溫度異常閾值或最大溫度梯度超過梯度異常閾值，則判定對應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撲二次重構指令，并將拓撲二次重構指令發(fā)送至控制單元；

34、最后依據拓撲二次重構指令，通過控制繼電器陣列將存在局部溫度異常的充電模塊從并聯充電模塊組中斷開并切換至獨立供電支路，同時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充電模塊組，并重新計算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動態(tài)調控電池充電的實現方法的技術效果和優(yōu)點：

36、本發(fā)明通過實時分析充電模塊紋波電流波形并提取阻抗相位特征，生成動態(tài)阻抗差異矩陣，為換電站電池充電系統中阻抗失配的進行精準量化評估；基于此矩陣，計算阻抗失配的廣義熵與拓撲重構的動態(tài)增益，智能優(yōu)化充電模塊的連接關系，動態(tài)組建并聯充電模塊組，并通過反相補償信號精確均衡電流分布，有效緩解阻抗差異引發(fā)的電流不均問題；同時，利用pwm波形相位偏移調整實現開關動作的交錯分布，降低紋波影響，提升電流均衡性；虛擬充電單元設計結合母線電壓波動率分析，實時推導充電功率需求并優(yōu)化功率分配權重，確保功率輸出均衡性；此外，依托三維溫度場模型的溫度監(jiān)測與拓撲二次重構機制形成閉環(huán)調控，快速響應局部過熱現象，保障系統持續(xù)穩(wěn)定性?；跀祿寗拥膭討B(tài)管理方式，不僅提升了充電過程的適應性與可靠性，還顯著提高了換電站的運營效率，同時延長了設備使用壽命。