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技术领域

本发明实施例是关于电力系统交/直流充电技术，更特定地是关于一种对充电设施的充电质量进行分析和测量的方法。

背景技术

车载蓄电池作为一种移动电源，其提供电源来驱动交流AC后直流DC电动马达来供给车辆行驶动力，其耗电完毕后需要进行蓄电池充电。现有技术对车载蓄电池的充放电测量和分析技术亟待完善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种车载蓄电池充放电测量和分析方法，以测量车载蓄电池的耗电量及用电质量，分析其他可能的杂波干扰(例如可能产生的谐波和突波信号)，更好地维护车载蓄电池的使用能力，对车辆使用行为做出准确的分析，掌握车载用户的出行和驾驶方式。

技术方案：一种车载蓄电池充放电测量和分析方法，方法包括：

1)在充电站与车载蓄电池之间对交流(AC)电流进行测量，提取其中的电流分量I_DE，并对AC电压进行测量，提取其中的电压分量V_DE；

2)根据所述电流信息分量I_DE，电压信息分量V_DE对充电站电源侧的直流分量、基波和谐波电流、电压分量进行测量，同时对车载蓄电池侧的直流分量、基波和谐波电流、电压分量进行测量。将所述电流信息分量I_DE分解为有功电流部分I_{DE_PART1}和无功电流部分I_{DE_PART2}，并将其调试为可供A/D转换电路读取的模拟电信号；

3)根据所述有功电流部分I_{DE_PART1}和无功电流部分I_{DE_PART2}，分别对充电站电源侧和蓄电池组侧的直流分量、基波和谐波电流、电压分量的有功电流分量I_AT和无功电流分量I_IAT进行测量；

4)根据所述有功电流分量I_AT和电压分量V_DE测量出瞬态有功功率分量P_INST1，满足关系式：

P_INST1＝V_DE·I_{DE_PART1}，

并根据所述无功电流分量I_IAT和电压分量V_DE测量出瞬态无功功率分量P_INST2，满足关系式：

P_INST2＝V_DE·I_{DE_PART2}，

5)根据瞬态有功功率分量P_INST1测量出平均瞬态有功功率P_{INST_AR1}，同时根据瞬态无功功率分量P_INST2测量出平均瞬态无功功率P_{INST_AR2}；以及

6)根据所述的平均瞬态有功功率P_{INST_AR1}和平均瞬态无功功率P_{INST_AR2}测量出总功耗P_T。

在一个实施例中，进一步包括：

1)通过时钟单元计算前述步骤的时间周期T；

2)根据所述的平均瞬态有功功率P_{INST_AR1}和所得出的时间周期T测量有功电能转移量P_TRS1，并根据平均瞬态无功功率P_{INST_AR2}和所得出的时间周期T测量无功电能转移量P_TRS2；

3)测量三相电能中每一相瞬态有功功率分量和瞬态无功功率分量，并分别根据此瞬态有功功率分量和瞬态无功功率分量计算出三相瞬态正向有功/无功功率和三相瞬态负向有功/无功功率；以及

4)根据此三相瞬态正向有功/无功功率和三相瞬态负向有功/无功功率测量出总电能转移量P_TRA。

其中在步骤1)中，电压分量V_DE满足关系式：

V D E = V 0 + 2 V 1 c o s ( α 1 ) + Σ 2 V 2 c o s ( α 2 ) + Σ 2 V 3 c o s ( α 3 ) = V 0 + v 1 + v 2 + v 3 - - - ( 1 ) ]]>

电流分量I_DE满足关系式：

I D E = I 0 + 2 I 1 c o s ( β 1 ) + Σ 2 I 2 c o s ( β 2 ) + Σ 2 I 3 c o s ( β 3 ) = I 0 + i 1 + i 2 + i 3 - - - ( 2 ) ]]>

其中V₀和I₀分别为电压分量V_DE和电流分量I_DE中的直流分量，V₁，V₂，V₃和I₁，1₂，I₃分别为谐波电压分量v₁，v₂，v₃和谐波电流分量i₁，i₂，i₃的均方根；α，β分别为电压分量V_DE和电流分量I_DE的相位角。

进一步地在步骤5)中，平均瞬态有功功率P_{INST_AR1}是由以下关系式得出：

P I N S T _ A R 1 = 1 W N ( Σ j = ( k - W N + 1 ) k P I N S T 1 , j ) - - - ( 3 ) , ]]>

其中W为取样周期，N为对电能放电侧进行信号采集的采集周期；同样地，平均瞬态无功功率P_{INST_AR2}由以下关系式得出：

P I N S T _ A R 2 = 1 W N ( Σ j = ( k - W N + 1 ) k P I N S T 2 , j ) - - - ( 4 ) , ]]>

进而在步骤6)中，平均功耗P_T满足关系式：

P T = 1 W N ( Σ j = ( k - W N + 1 ) k P I N S T _ A R 1 + Σ j = ( k - W N + 1 ) k P I N S T _ A R 2 ) - - - ( 5 ) . ]]>

在一个实施例中，在步骤3)中进一步地等效为功率分解，即有功功率是由以下分量组成：

DC正交谐波有功功率分量P_X为：

P X = 2 V 0 I 1 cos ( α 1 ) cosθ 1 + 2 V 0 Σ I 2 cos ( α 2 ) cosθ 2 + 2 V 0 Σ I 3 cos ( α 3 ) cosγ 3 + 2 V 1 I 0 cos ( α 1 ) + 2 Σ m = 2.3 V m I 0 cos ( α m ) - - - ( 6 ) ]]>

其中θ为充电站电源侧的基波或谐波电压与基波或谐波电流之间的相位角，在一个实施例中，θ_m＝α_m-β_m，m＝{1,2,3}，基波有功功率分量为

p₁＝2V₁I₁cos²(α₁)cosθ1(7)，

充电站电源侧的谐波有功功率分量为

p₂＝2ΣV₂I₂cos²(α₂)cosθ₂(8)，

蓄电池组侧的谐波有功功率分量为

p₃＝2ΣV₃I₃cos²(α₃)cosγ₃(9)，

充电站电源侧的正交基波有功功率分量为

p_X1＝2ΣV_mI₁cos(α_m)cos(α₁)cosθ₁(10)，

蓄电池组侧的正交谐波有功功率分量为

p X 23 = 2 Σ n = 2 , 3 m = 1 , 2 , 3 m ≠ n V m I n c o s ( α m ) c o s ( α n ) cosθ n - - - ( 11 ) . ]]>

瞬态有功功率分量P_INST1为关系式(6)至(11)的总和。

本发明的技术效果是显而易见的，本发明不同于常规技术仅对电池进行电量测量的方式，在车载终端上能够做到即时分析和测量，并能够在车载终端上进行实时显示和控制。同时，鉴于车载充电行为是不均匀稳定的，通过本发明的方式可以做到精确测量，以准确提示用户电量情况，方便用户及时充电。

具体实施方式

在车载蓄电池充放电测量和分析方法的一个实施例中，在充电站与车载蓄电池(车载蓄电池组)之间对交流(AC)电流进行测量，提取其中的电流分量I_DE，并对AC电压进行测量，提取其中的电压分量V_DE。在充电站与车载蓄电池之间，即在充电侧对AC电流进行测量，提取其中的电流信息分量I_DE，例如对交流电流曲线分为k个区间，其中每一时域Δτ_i为对所提取的电量信息分量I_DE的分量因数(0<i<k)，Δτ的长度可相同或不同，并通过对AC电压进行测量，提取其中的电压信息分量V_DE。

根据所述电流信息分量I_DE，电压信息分量V_DE对充电站电源侧的直流分量、基波和谐波电流、电压分量进行测量，同时对车载蓄电池侧的直流分量、基波和谐波电流、电压分量进行测量。将所述电流信息分量I_DE分解为有功电流部分I_{DE_PART1}和无功电流部分I_{DE_PART2}，并将其调试为可供A/D转换电路读取的模拟电信号。因为电量曲线呈现不规则状态，这主要归因于在电网充电过程中电压和电流并非完全均匀，并且考虑到可能存在的过压或过流现象，以及其他充电方式，可能会造成所采样的交流信号中存在谐波分量，对正常的电量测量造成干扰，因此在电池被充电或放电过程中，电量会呈现骤增或骤减，不能够采用常规的计量方式。一般技术是直接在对电池充电的过程中对充入的电能进行计量和计费，但是这样的方法极为繁琐且误差较大。在本发明的一个实施例中，对电量曲线进行无限近似处理，例如在第Δτ_k-WN+1的时域间隔内，将所述时域区间与电流曲线的交叉点处，将电流信息分量I_DE分解为第一电流信息部分I_{DE_PART1}和第二电流信息部分I_{DE_PART2}，通过两个电流信号的代数和得出此区间内的电流信息分量，并将此分量经过滤波和电流增益调试为可供A/D转换电路读取的模拟电信号。

根据所述有功电流部分I_{DE_PART1}和无功电流部分I_{DE_PART2}，分别对充电站电源侧和车载蓄电池的直流分量、基波和谐波电流、电压分量的有功电流分量I_AT和无功电流分量I_IAT进行测量。

进一步地，根据所述有功电流分量I_AT和电压分量V_DE测量出瞬态有功功率分量P_INST1，满足关系式：

P_INST1＝V_DE·I_{DE_PART1}，

并根据所述无功电流分量I_IAT和电压分量V_DE测量出瞬态无功功率分量P_INST2，满足关系式：

P_INST2＝V_DE·I_{DE_PART2}；

根据瞬态有功功率分量P_INST1测量出平均瞬态有功功率P_{INST_AR1}，同时根据瞬态无功功率分量P_INST2测量出平均瞬态无功功率P_{INST_AR2}；以及根据所述的平均瞬态有功功率P_{INST_AR1}和平均瞬态无功功率P_{INST_AR2}测量出总功耗P_T。

在一个实施例中，进一步包括：

1)通过时钟单元计算前述步骤的时间周期T；

2)根据所述的平均瞬态有功功率P_{INST_AR1}和所得出的时间周期T测量有功电能转移量P_TRS1，并根据平均瞬态无功功率P_{INST_AR2}和所得出的时间周期T测量无功电能转移量P_TRS2；

3)测量三相电能中每一相瞬态有功功率分量和瞬态无功功率分量，并分别根据此瞬态有功功率分量和瞬态无功功率分量计算出三相瞬态正向有功/无功功率和三相瞬态负向有功/无功功率；以及

4)根据此三相瞬态正向有功/无功功率和三相瞬态负向有功/无功功率测量出总电能转移量P_TRA。

其中在步骤1)中，电压分量V_DE满足关系式：

V D E = V 0 + 2 V 1 c o s ( α 1 ) + Σ 2 V 2 c o s ( α 2 ) + Σ 2 V 3 c o s ( α 3 ) = V 0 + v 1 + v 2 + v 3 - - - ( 1 ) ]]>

电流分量I_DE满足关系式：

I D E = I 0 + 2 I 1 c o s ( β 1 ) + Σ 2 I 2 c o s ( β 2 ) + Σ 2 I 3 c o s ( β 3 ) = I 0 + i 1 + i 2 + i 3 - - - ( 2 ) ]]>

其中V₀和I₀分别为电压分量V_DE和电流分量I_DE中的直流分量，V₁，V₂，V₃和I₁，1₂，I₃分别为谐波电压分量v₁，v₂，v₃和谐波电流分量i₁，i₂，i₃的均方根；α，β分别为电压分量V_DE和电流分量I_DE的相位角。

进一步地在步骤5)中，平均瞬态有功功率P_{INST_AR1}是由以下关系式得出：

P I N S T _ A R 1 = 1 W N ( Σ j = ( k - W N + 1 ) k P I N S T 1 , j ) - - - ( 3 ) , ]]>

其中W为取样周期，N为对电能放电侧进行信号采集的采集周期，W和N的取值可以由车载计算设备进行设定，例如对于一个周期，W＝1，当然，W的值越大，则说明取样结果越精确；同样地，平均瞬态无功功率P_{INST_AR2}由以下关系式得出：

P I N S T _ A R 2 = 1 W N ( Σ j = ( k - W N + 1 ) k P I N S T 2 , j ) - - - ( 4 ) , ]]>

进而在步骤6)中，平均功耗P_T满足关系式：

P T = 1 W N ( Σ j = ( k - W N + 1 ) k P I N S T _ A R 1 + Σ j = ( k - W N + 1 ) k P I N S T _ A R 2 ) - - - ( 5 ) . ]]>

在一个实施例中，在步骤3)中进一步地等效为功率分解，即有功功率是由以下分量组成：

DC正交谐波有功功率分量P_X为：

P X = 2 V 0 I 1 cos ( α 1 ) cosθ 1 + 2 V 0 Σ I 2 cos ( α 2 ) cosθ 2 + 2 V 0 Σ I 3 cos ( α 3 ) cosγ 3 + 2 V 1 I 0 cos ( α 1 ) + 2 Σ m = 2.3 V m I 0 cos ( α m ) - - - ( 6 ) ]]>

其中θ为充电站电源侧的基波或谐波电压与基波或谐波电流之间的相位角，在一个实施例中，θ_m＝α_m-β_m，m＝{1,2,3}，基波有功功率分量为

p₁＝2V₁I₁ocs²(α₁)cosθ₁(7)，

充电站电源侧的谐波有功功率分量为

p₂＝2ΣV₂I₂cps²(α₂)cosθ₂(8)，

蓄电池组侧的谐波有功功率分量为

p₃＝2ΣV₃I₃cos(α₃)cosγ₃(9)，

充电站电源侧的正交基波有功功率分量为

p_X1＝2ΣV_mI₁cos(α_m)cos(α₁)cosθ₁(10)，

蓄电池组侧的正交谐波有功功率分量为

p X 23 = 2 Σ n = 2 , 3 m = 1 , 2 , 3 m ≠ n V m I n c o s ( α m ) c o s ( α n ) cosθ n - - - ( 11 ) . ]]>

瞬态有功功率分量P_INST1为关系式(6)至(11)的总和。

进一步地，在步骤2)中，电流信息分量I_DE满足关系式：I_DE＝I_{DE_PART1}±I_{DE_PART2}。

进一步地，在步骤5)中，第一平均耗电分量P_{INST_PART1}是由以下关系式得出：

P I N S T _ P A R T 1 = 1 W N ( Σ j = ( k - W N + 1 ) k P I N S T 1 , j ) , - - - ( 1 ) ]]>

其中W为取样周期，N为对电能放电侧进行信号采集的采集周期；同样地，由以下关系式得出：

P I N S T _ P A R T 2 = 1 W N ( Σ j = ( k - W N + 1 ) k P I N S T 2 , j ) , - - - ( 2 ) ]]>

进而在步骤6)中，平均总耗电量P_T满足关系式：

P T = 1 W N ( Σ j = ( k - W N + 1 ) k P I N S T _ P A R T 1 + Σ j = ( k - W N + 1 ) k P I N S T _ P A R T 2 ) - - - ( 3 ) . ]]>

进一步地，在步骤8)中，第一电能转移量P_TRS1满足关系式：

P T R S 1 = Δ τ T 2 nπP I N S T _ P A R T 1 , ]]>

其中Δτ为对所提取的电量信息分量I_DE的分量因数；设定系数n＝k，同样地，第一电能转移量P_TRS1满足关系式：

P T R S 2 = Δ τ T 2 nπP I N S T _ P A R T 2 . ]]>

在另一个实施例中，考虑到在所取样的信号情形中，车辆(电动汽车)处于逐渐减速或逐渐减速的情况，在这种情况下设计另一种测量方法，包括了：

在步骤4)的基础上，在第一信号采样周期内，测量其中的最大电流信息分量I_DE和最小电流信息分量I_DE，例如以H点为最小电流分量点，从0点至H点作为第一信号采样周期；

将H点至K点作为第二信号采样周期，在这个第二信号采样周期内，仅测量其中大于最大电流信息分量I_DE或小于最小电流信息分量I_DE的电流信息分量；

同样地，在K点至M点之间时域组成的第三信号采样周期内，测量其中大于最大电流信息分量I_DE或小于最小电流信息分量I_DE的电流信息分量，无需测量其他时域的分量；其中采样周期的时间相等。