[发明专利]超低频变频脉冲负载的混合供电系统及其容量配置和功率控制方法

权利要求书

1.超低频变频脉冲负载的混合供电系统，包括电池和与电池输出端连接的超低频变频脉冲负载，其特征在于：

还包括电容器，所述电容器通过DC/DC变换器并联到电池输出端；

还包括电流基准产生单元，所述电流基准产生单元用于检测超低频变频脉冲负载的电流i_load及电容器的电压V_C，并结合功率流动需求以及电容器应承担的脉冲功率占比后，产生DC/DC变换器的输出电流参考信号i_oref；

还包括PI调节器，所述PI调节器用于调节DC/DC变换器的输出电流参考信号i_oref与DC/DC变换器输出电流i_o的差；

还包括PWM及驱动电路，所述PWM及驱动电路用于根据PI调节器的输出信号生成控制DC/DC变换器的驱动信号，用以保证DC/DC变换器输出电流i_o对输出电流参考信号i_oref进行快速良好的跟踪。

2.一种权利要求1所述超低频变频脉冲负载的混合供电系统的容量配置方法，其特征在于：

设脉冲功率在电容器和电池间的功率分配比率分别为λ_CC和λ_BAT，两者满足λ_BAT+λ_CC＝1，λ_BAT∈(0，1)，λ_CC∈(0，1)，当超低频变频脉冲负载在一个脉冲周期内从混合供电系统吸收的能量为W时，电容器的最小容量确定为：

其中V_Cmax为电容器的电压上限，V_Cmin为电容器的电压下限，当电容器的电压上限V_Cmax确定后，电容器的体积Vol_CC与电容器容量Q_C满足Vol_CC＝k_CCQ_C，其中k_CC是一个常系数，与电容器的型号相关；

设混合供电系统在整个工作时间段消耗的能量为W_total，无脉冲负载时的额定电流为i_n，则电池的最小容量确定为：

Q_BAT＝max{Q_BAT1min,Q_BAT2min,Q_BAT3min,Q_BAT4min}

其中Q_BAT1min满足：

其中V_BAT为电池的平台电压，即Q_BAT1min能保证提供整个工作时间段消耗的能量；

Q_BAT2min满足：

其中k_r为与电池内阻相关的常数，ΔV_max为母线电压的最大容许跌落值，Q_BAT2min能保证在额定电流i_n情况下输出电压不低于V_bus-ΔV_max，其中V_bus为母线电压，即i_nr_BAT≤ΔV_max,r_BAT为电池的内阻；k_r与r_BAT、容量Q_BAT、输出电压V_BAT满足以下关系式：

Q_BAT3min满足：

其中t_p为脉冲宽度，Q_BAT3min能保证电池提供λ_BAT倍脉冲电流，即i_pV_bust_p＝Wλ_BAT＝W(1-λ_CC)，其中i_p为此时电池输出电流，并且在提供λ_BAT倍脉冲电流时能保证输出电压不低于V_bus-ΔV_max，即i_pr_BAT≤ΔV_max；

Q_BAT4min满足：

其中t_i为脉冲负载最小间隔时间，Q_BAT4min能保证电池能在t_i时间内将电容器充电至V_Cmax，即i_cht_i≥Q_C(V_Cmax-V_Cmin)，其中i_ch为电容器的充电电流，同时要保证输出电压不低于V_bus-ΔV_max，即i_chr_BAT≤ΔV_max；

因Q_BAT1min大于Q_BAT2min，于是电池的最小容量确定为：

电池的体积Vol_BAT与电池的容量Q_BAT及输出电压V_BAT满足Vol_BAT＝k_BATQ_BATV_BAT，其中k_BAT为一常系数，与电池的型号相关；当Q_BAT＝Q_BAT1min时，混合供电系统的最小总体积确定为：

其中V_CTRL为DC/DC变换器的体积，在混合供电系统中视为常数；当Q_BAT＝Q_BAT3min时，混合供电系统的最小总体积确定为：

当Q_BAT＝Q_BAT4min时，混合供电系统的最小总体积确定为：

结合以上三种情况，确定混合供电系统的最小总体积与λ_CC的关系为：

其中K＝2V_BAT/(V_Cmax+V_Cmin)为一常数，δ＝t_p/(t_p+t_i)为脉冲负载的占空比。

3.一种基于权利要求1所述超低频变频脉冲负载混合供电系统容量配置方法的功率控制方法，其特征在于：包括确定DC/DC变换器的输出电流参考信号i_oref，首先检测超低频变频脉冲负载电流i_load，然后将超低频变频脉冲负载电流i_load与阈值电流i_th进行比较，i_th＝(i_n+i_pulse)/2，其中i_n为无脉冲负载时的额定电流，i_pulse为脉冲电流，若：

1)i_load≥i_th

表明有脉冲功率需求，此时，进一步检测电容器的电压V_C，若电容器的电压低于V_Cmax，表明电容器未完全储能，继续判断储能电压是否低于V_Cmin，若不低于V_Cmin，则仍由电池和电容器共同为负载供电，将i_oref设置为i_load-i_BATmax，其中i_BATmax为电池在保证输出电压大于V_bus-ΔV_max的最大放电电流，若此过程母线电压低于V_bus-ΔV_max，立即切断脉冲负载，待电容电压充电至V_Cmax再接入负载；若电容器的电压低于V_Cmin，应立即切断脉冲负载，待电容电压充电至V_Cmax再接入脉冲负载；若电容器的电压高于V_Cmax，则将i_oref设置为超低频变频脉冲负载电流i_load的λ_CC倍；

2)i_loadi_th

判断i_load是否小于零，即判断有无回馈能量，若i_load小于零，表明有回馈能量，检测电容器的电压，若电容器的电压已达V_Cmax，则将i_oref设置为0，若电容器的电压未达V_Cmax，则将i_oref设置为i_load，电容器吸收全部的回馈能量；若i_load大于零，检测电容器的电压，若电容器的电压未达V_Cmax，将i_oref设置为I_ch，I_ch为能够保证在下一个脉冲负载到来前将电容器充满电的最小电流，满足I_cht_p≥Q_C(V_Cmax-V_Cmin)，若电容器的电压已达V_Cmax，则将i_oref设置为0。