一种多工作态自适应复合电源系统

本发明属于电力电子，具体涉及一种多工作态自适应复合电源系统。

背景技术：

1、近年来，世界各国都在大力发展组合电源技术，研究热点集中在超级电容和动力电池组成的复合电源，该类型复合电源结合了蓄电池的高比能量和超级电容的高比功率的优点，具有体积小且瞬时输出功率大的特点，该种复合电源主要应用在混合动力汽车中。由于目前装备器材电源指标要求提高，考虑一次电池比能量高，二次电池低温特性和功率特性较好，有必要对由一次电池包和二次电池组构成的复合电源展开研究。

2、在复合电源系统中，目前不同类型的电源连接方式主要分为被动式、半主动式、主动式和增程式四种方式。由于一次电池包的电压高于二次电池组的电压，一次电池包和二次电池组不能直接并联，不能采用被动式。考虑一次电池和二次电池供电特点以及一次电池不能充电等问题，提出一种多工作态自适应复合电源系统。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明提出一种多工作态自适应复合电源系统，以解决一次电池包和二次电池组依据负载工况合理进行功率分配的技术问题。

3、(二)技术方案

4、为了解决上述技术问题，本发明提出一种多工作态自适应复合电源系统，该多工作态自适应复合电源系统包括第一开关管、第一二极管、第二开关管、第二二极管、第三开关管、第三二极管、第四二极管、一次电池包、二次电池组、dc/dc变换器、放电模块、负载和控制器；其中，

5、第一开关管的漏极与一次电池包的正极和第一二极管的负极连接，第一开关管的源极与第四二极管的正极和第一二极管的正极连接，第四二极管的负极与放电模块的输入正极连接；

6、一次电池包的正极与dc/dc变换器的输入正极连接，一次电池包的负极与dc/dc变换器的输入负极连接，dc/dc变换器的输出正极与第二开关管的漏极连接，dc/dc变换器的输出负极与二次电池组的负极连接；

7、第二开关管的源极与第三开关管的漏极和第二二极管的正极连接，第二开关管的漏极与第二二极管的负极连接，第三开关管的源极与二次电池组的正极和第三二极管的负极连接，第三开关管的漏极与第三二极管的正极连接；

8、第二开关管的漏极与放电模块的输入正极连接，二次电池组的负极与放电模块的输入负极连接，放电模块的输出正极和负载的正极连接，放电模块的输出负极和负载的负极连接；

9、控制器的采样端口与一次电池包、二次电池组和负载的电压、电流采样模块连接；控制器经内部控制计算出的第一控制信号经第一驱动电路输出的第一驱动信号连接至第一开关管的栅极，第二控制信号经第二驱动电路输出的第二驱动信号连接至第二开关管的栅极，第三控制信号经第三驱动电路输出的第三驱动信号连接至第三开关管的栅极，第四控制信号经第四驱动电路输出的第四驱动信号连接至dc/dc变换器mosfet的栅极。

10、进一步地，负载的功率和一次电池包的输出功率上限、二次电池组的输出功率上限分别经第一比较器和第二比较器进行比较，再经第一逻辑运算单元和第一驱动电路输出驱动信号，作为第一开关管的驱动信号；当负载的功率小于一次电池包的输出功率上限，第一比较器输出1，第二比较器输出0，第一驱动信号为1，第一开关管开通；当负载的功率大于一次电池包的输出功率上限且负载的功率小于二次电池组的输出功率上限，第一比较器输出0，第二比较器输出0，第一驱动信号为0，第一开关管关断；当负载的功率大于一次电池包的输出功率上限和二次电池组的输出功率上限，且小于一次电池包的输出功率上限和二次电池组的输出功率上限之和，第一比较器输出0，第二比较器输出1，第一驱动信号为1，第一开关管开通。

11、进一步地，根据一次电池包的放电电流以及各一次电池端电压，控制器对一次电池包的荷电状态进行预测，以对一次电池进行更换；根据二次电池组的放电电流以及各二次电池端电压，控制器对二次电池组的荷电状态进行预测，以对二次电池进行充电；二次电池组的荷电状态预测值和二次电池组荷电状态下限经第三比较器进行比较，再经第二驱动电路输出第二驱动信号，作为第二开关管的控制驱动信号；当二次电池组的荷电状态预测值小于二次电池组荷电状态下限，第三比较器输出1，第二驱动信号为1，第二开关管开通，否则第二比较器输出0，第二驱动信号为0，第二开关管关断。

12、进一步地，负载的功率和二次电池组的输出功率上限经第四比较器进行比较，再经第三驱动电路输出第三驱动信号，作为第三开关管的控制驱动信号；当负载的功率大于一次电池包的输出功率上限，第四比较器输出，第三驱动信号为1，第三开关管开通，否则第四比较器输出0，第三驱动信号为0，第三开关关断。

13、进一步地，当负载的功率大于一次电池包的输出功率上限和二次电池组的输出功率上限，且小于一次电池包的输出功率上限和二次电池组的输出功率上限之和，dc/dc变换器启动。

14、进一步地，具体控制过程如下：

15、s1.通过第一除法器计算dc/dc变换器电流参考值iref：iref＝(po-plimit1)/u二次；其中，po为负载的功率，plimit1为一次电池包的输出功率上限，u二次为各二次电池端电压；

16、s2.通过第五比较器计算第一pi控制器的输入值：iref-idc，其中idc为dc/dc变换器的输出电流；

17、s3.第一pi控制器在接收到所第一比较器的输出后进行控制运算，输出相应的控制量uref为：kp(iref-idc)+ki∫(iref-idc)dt，其中，kp和ki是第一pi控制器的控制系数；

18、s4.通过第六比较器计算第四驱动电路的输入值：uref-u载波；其中，u载波为频率和幅值固定的锯齿波或三角波；

19、s5.通过第四驱动电路输出第四驱动信号。

20、进一步地，第三开关管为p沟道mosfet，一次电池包是由3并6串锂氟化碳电池组成，电池包电压16.8v；二次电池组是由4串锂离子电池组成，电池组端电压14.4v；放电模块输出电压为3.6v-25.6v，自动识别匹配负载电压值。

21、进一步地，一次电池包的输出功率上限为50w，二次电池组的输出功率上限为300w。

22、进一步地，二次电池组荷电状态下限为20％。

23、(三)有益效果

24、本发明提出一种多工作态自适应复合电源系统，是一种由一次电池和二次电池构成的复合电源，该电源包括一次电池包、二次电池组、3个mos管、4个二极管以及dc/dc变换模块和放电模块，通过判断负载功率范围以及负载端电压，能够合理控制各mos管通断以及放电模块，有效控制一次电池包和二次电池组的功率分配，延长复合电源系统供电时间。

技术特征：

1.一种多工作态自适应复合电源系统，其特征在于，所述多工作态自适应复合电源系统包括第一开关管、第一二极管、第二开关管、第二二极管、第三开关管、第三二极管、第四二极管、一次电池包、二次电池组、dc/dc变换器、放电模块、负载和控制器；其中，

2.如权利要求1所述的多工作态自适应复合电源系统，其特征在于，负载的功率和一次电池包的输出功率上限、二次电池组的输出功率上限分别经第一比较器和第二比较器进行比较，再经第一逻辑运算单元和第一驱动电路输出驱动信号，作为第一开关管的驱动信号；当负载的功率小于一次电池包的输出功率上限，第一比较器输出1，第二比较器输出0，第一驱动信号为1，第一开关管开通；当负载的功率大于一次电池包的输出功率上限且负载的功率小于二次电池组的输出功率上限，第一比较器输出0，第二比较器输出0，第一驱动信号为0，第一开关管关断；当负载的功率大于一次电池包的输出功率上限和二次电池组的输出功率上限，且小于一次电池包的输出功率上限和二次电池组的输出功率上限之和，第一比较器输出0，第二比较器输出1，第一驱动信号为1，第一开关管开通。

3.如权利要求1所述的多工作态自适应复合电源系统，其特征在于，根据一次电池包的放电电流以及各一次电池端电压，控制器对一次电池包的荷电状态进行预测，以对一次电池进行更换；根据二次电池组的放电电流以及各二次电池端电压，控制器对二次电池组的荷电状态进行预测，以对二次电池进行充电；二次电池组的荷电状态预测值和二次电池组荷电状态下限经第三比较器进行比较，再经第二驱动电路输出第二驱动信号，作为第二开关管的控制驱动信号；当二次电池组的荷电状态预测值小于二次电池组荷电状态下限，第三比较器输出1，第二驱动信号为1，第二开关管开通，否则第二比较器输出0，第二驱动信号为0，第二开关管关断。

4.如权利要求1所述的多工作态自适应复合电源系统，其特征在于，负载的功率和二次电池组的输出功率上限经第四比较器进行比较，再经第三驱动电路输出第三驱动信号，作为第三开关管的控制驱动信号；当负载的功率大于一次电池包的输出功率上限，第四比较器输出，第三驱动信号为1，第三开关管开通，否则第四比较器输出0，第三驱动信号为0，第三开关关断。

5.如权利要求1所述的多工作态自适应复合电源系统，其特征在于，当负载的功率大于一次电池包的输出功率上限和二次电池组的输出功率上限，且小于一次电池包的输出功率上限和二次电池组的输出功率上限之和，dc/dc变换器启动。

6.如权利要求5所述的多工作态自适应复合电源系统，其特征在于，具体控制过程如下：

7.如权利要求1所述的多工作态自适应复合电源系统，其特征在于，第三开关管为p沟道mosfet，一次电池包是由3并6串锂氟化碳电池组成，电池包电压16.8v；二次电池组是由4串锂离子电池组成，电池组端电压14.4v；放电模块输出电压为3.6v-25.6v，自动识别匹配负载电压值。

8.如权利要求1所述的多工作态自适应复合电源系统，其特征在于，一次电池包的输出功率上限为50w，二次电池组的输出功率上限为300w。

9.如权利要求1所述的多工作态自适应复合电源系统，其特征在于，二次电池组荷电状态下限为20％。

技术总结
本发明提出一种多工作态自适应复合电源系统，是一种由一次电池和二次电池构成的复合电源，该电源包括一次电池包、二次电池组、3个MOS管、4个二极管以及DC/DC变换模块和放电模块，通过判断负载功率范围以及负载端电压，能够合理控制各MOS管通断以及放电模块，有效控制一次电池包和二次电池组的功率分配，延长复合电源系统供电时间。

技术研发人员：朱明琳,邱景义,李萌,祝夏雨
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院防化研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16