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原文传递一种复合电源的分频控制方法、分配控制装置及复合电源

专利名称：	一种复合电源的分频控制方法、分配控制装置及复合电源
摘要：	本发明公开了一种复合电源的分频控制方法、分配控制装置及复合电源，该方法根据当前时刻的总线电压以及总线期望电压输出负载参考总电流；再计算出超级电容的能量状态SOC，并根据超级电容的能量状态SOC计算出超级电容的电流分配比例；然后，利用超级电容的电流分配比例获取滤波器的截止频率；最后，利用滤波器对负载参考总电流进行滤波得到低频电流分量、高频电流分量，以及将低频电流分量作为锂电池的参考电流，将高频电流分量作为超级电容的参考电流，并对复合电源进行分频控制。其中，通过控制超级电容电流的分配比例来控制超级电容的SOE变化，限制超级电容充入或放出的功率，有效地避免超级电容过度充放电。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖南;43
申请人：	中南大学
发明人：	黄志武;李恒;刘伟荣;周艳辉;蒋富;杨迎泽;彭军;张晓勇;刘勇杰
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-26T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-17T00:00:00+0800
申请号：	CN201910557994.X
公开号：	CN110239395A
代理机构：	长沙市融智专利事务所(普通合伙)
代理人：	姚瑶
分类号：	B60L58/13(2019.01);B;B60;B60L;B60L58
申请人地址：	410083 湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号
主权项：	1.一种复合电源的分频控制方法，其特征在于：包括如下步骤：根据当前时刻的总线电压以及预设的总线期望电压输出负载参考总电流；根据当前时刻超级电容的端电压和超级电容的容量计算出超级电容的能量状态SOC，并根据超级电容的能量状态SOC计算出超级电容的电流分配比例；其中，充电状态下超级电容的电流分配比例随超级电容的能量状态SOC增加而减小；放电状态下超级电容的电流分配比例随超级电容的能量状态SOC减小而减小；然后，利用超级电容的电流分配比例获取滤波器的截止频率；所述截止频率为满足需求功率频谱上高频面积与总面积之比大于或等于超级电容的电流分配比例时的最大频率；最后，利用滤波器对负载参考总电流进行滤波得到低频电流分量、高频电流分量，以及将低频电流分量作为锂电池的参考电流，将高频电流分量作为超级电容的参考电流，并对复合电源进行分频控制；其中，分别根据锂电池的参考电流、超级电容的参考电流、充放电状态对应控制锂电池的Buck-Boost电路和超级电容的Buck-Boost电路。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：充电状态和放电状态下的电流分配比例如下：式中，分别表示充电状态、放电状态下超级电容的电流分配比例；SOEmax表示超级电容处于额定电压时的能量状态，SOEmin表示超级电容处于最低工作电压时的能量状态。 3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：超级电容的能量状态SOC的获取过程如下：首先，根据当前时刻超级电容的端电压计算出超级电容当前存储的能量；式中，E为超级电容当前存储的能量，Csc是超级电容的容量，Vsc是当前时刻超级电容的端电压；然后，再根据如下公式计算出超级电容的能量状态SOC；式中，Emax、Emin分别为超级电容存储的最大能量，最小能量，Vmax是超级电容的额定电压，Vmin是超级电容的所能允许的最小工作电压。 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述滤波器的截止频率的获取过程如下：首先，对参考总电流进行连续2n个采样并进行频谱变化得到2n-1个点的单边频谱；然后，计算单边频谱的总面积以及高频面积； Δf＝fs/2n 式中，Eall表示单边频谱的总面积，EH表示单边频谱中高频面积，表示单边频谱中第i+1个点的幅值，fs为采样频率，n为正整数；最后，计算使得EH≥Ksc·Eall成立的最小k值，并按照如下公式计算出截止频率； fc＝(2n-1-1-kc)fs/2n 其中，fc为截止频率，Ksc为超级电容的电流分配比例，kc等于最小k值。 5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：参考总电流采样点个数2n等于128。 6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述负载参考总电流的过去过程为：利用预设的总线期望电压与当前时刻的总线电压构成电压偏差，电压偏差经过PID控制器形成电压控制闭环并通过电压控制闭环输出负载参考总电流；式中，表示负载参考总电流，Kp1为电压控制闭环中的比例系数，Ti1为电压控制闭环中的积分系数，Td1为电压控制闭环中的微分系数，ev表示电压偏差。 7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将低频电流分量作为锂电池的参考电流，将高频电流分量作为超级电容的参考电流，并对复合电源进行分频控制的过程如下：根据锂电池的参考电流以及当前时刻锂电池的电流构成电流偏差，电流偏差经过PID控制器形成电流控制闭环并通过电流控制闭环输出锂电池端的占空比Dbat；式中，KP2、Ti2、Td2分别锂电池端电流控制闭环中的比例系数、积分系数、微分系数，eib为锂电池端的电流偏差；根据超级电容的参考电流以及当前时刻超级电容的电流构成电流偏差，电流偏差经过PID控制器形成电流控制闭环并通过电流控制闭环输出超级电容端的占空比Dsc；式中，KP3、Ti3、Td3分别超级电容端电流控制闭环中的比例系数、积分系数、微分系数，eic为超级电容端的电流偏差；再根据锂电池端的占空比以及超级电容端的占空比分别控制锂电池端的Buck-Boost电路、超级电容端的Buck-Boost电路。 8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：选用的滤波器为一阶滤波器。 9.一种基于权利要求1-8任一项所述方法的分频控制装置，其特征在于：包括依次连接的采集电路模块、控制模块以及驱动电流模块；其中，采集电路模块中设有电压传感器和电流传感器，电压传感器用于采集总线电压、超级电容电压、锂电池电压，所述电流传感器用于采集锂电池电流和超级电容电流；控制模块用于基于采集电路模块采集的数据通过所述分频控制方法生成控制指令并传输给所述驱动电路模块；所述驱动电路模块根据控制指令驱动控制复合电源主电路中的锂电池端的Buck-Boost电路和超级电容端的Buck-Boost电路。 10.一种基于权利要求9所述分频控制装置的复合电源，其特征在于：包括分频控制装置和复合电源的主电路，分频控制装置中的驱动电流模块与复合电源的主电路连接；复合电源的主电路包括并联连接的锂电池端的Buck-Boost电路和超级电容端的Buck-Boost电路，两个Buck-Boost电路的高压端均并联总线电容并连接至总线负载；锂电池端的Buck-Boost电路的低压端连接锂电池，超级电容端的Buck-Boost电路的低压端连接超级电容。
所属类别：	发明专利