CN110239395B - 一种复合电源的分频控制方法、分配控制装置及复合电源 - Google Patents

一种复合电源的分频控制方法、分配控制装置及复合电源 Download PDF

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Abstract

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SOE，并根据超级电容的能量状态SOE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。

Description

一种复合电源的分频控制方法、分配控制装置及复合电源
技术领域
本发明属于复合电源技术领域，具体涉及一种复合电源的分频控制方法、分配控制装置及复合电源。
背景技术
电动汽车因其环保污染小、驾驶体验佳等优势，近年来得到大力发展。然而，锂电池技术仍然是当前条件下，限制电动汽车普及推广的最大障碍。锂电池技术中，寿命问题是其中最亟待解决的问题。影响锂电池寿命的因素包括频繁的充放电和尖峰电流。为了弥补电动汽车单一电源的不足，最新的方法是采用双电源，即锂电池和超级电容组成复合电源。锂电池作为主能量源，超级电容作为缓冲能量装置。超级电容的作用体现为两点。一方面，超级电容在电动汽车启动或加速阶段提供瞬时尖峰功率，并在行驶过程中提供负载功率中的高频部分，从而保护锂电池免受尖峰电流和高频电流的损害。另一方面，在电动汽车下坡制动或频繁起停时，超级电容又可以高效的吸收回馈能量，大大地提高能量的利用率，延长电动汽车续航里程，提高能量的利用率。
电动汽车复合电源的控制方法，主要包括基于规则的控制方法、基于等效能耗最优的控制方法和分频的控制方法。其中，基于规则的控制，即根据复合电源的需求功率、锂电池的荷电状态、超级电容的荷电状态制定控制规则，依据规则确定复合电源的输出模式。该控制方法简单易实施，但是未考虑各部件的功率损失状况，只是一种基于规则的粗糙分配，并且分配给锂电池的功率中包含高频成分，不能有效保护锂电池。等效能耗最优的方法将锂电池、超级电容内部损耗和功率变换器的效率等转化为统一的能耗指标，并以此构建优化问题的目标函数，根据锂电池、超级电容的荷电状态、功率限制等约束条件，建立能耗最优的功率分配策略，这种控制方法能够非常有效的提高整个能量***的效率，但有两点较突出的问题。一是不适合于实时控制；二是分配给锂电池的功率中包含了高频成分，并没有对锂电池起到有效的保护作用。分频的控制方法，采用滤波器将负载功率分配高低频两部分，分别由超级电容和锂电池提供，这种方式适用于实时控制，对锂电池的控制作用明显。然而，当前的分频控制方法，没有考虑储能器件的能量状态对功率分配的影响。而由于超级电容能量密度低，存储的电量非常有限，不考虑能量状态的功率分配方法，极易造成分配给超级电容的功率持续过大，充电功率和放电功率持续过大都对超级电容和整个储能***不利。持续的大功率放电很容易造成电量完全消耗，而不能后续的供能被中断，大大降低了超级电容的容量利用率。另一方面，持续的大功率充电，很容易使得充入的能量超过允许的范围，造成过充的安全事故。因此，不考虑能量状态的功率分配方法，超级电容极易出现过度充电或过度放电的现象，大大降低了超级电容的容量利用率，从而失去对锂电池的保护，影响复合能源***的整体性能。综上所述，现有的电动汽车复合电源的控制方法主要存在分配给锂电池的功率中包含了高频成分，并没有对锂电池起到有效的保护作用以及未考虑储能器件的能量状态，congress导致超级电容易出现过度充电、放电的现象。
此外，还有CN105480101A公开的“一种复合电源电动汽车的功率分配方法及装置”，其首先依据锂电池与超级电容的温度与电压特性曲线计算两者的荷电状态，继而依据两者的荷电状态进行复合电源功率分流，该发明提出锂电池与超级电容的荷电状态计算方法，但是未提出具体的功率分流方法。CN104477045A公开的“能源效率最大化优化下的混合动力汽车复合电源及方法”，其基于混合动力汽车构型，遵循复合电源功率损失最小的原则进行功率分流，该分流方法易造成锂电池或超级电容单方面过度放电。CN103072492A公开的“一种纯电动客车用主动控制式复合电源控制及其方法”，其依据超级电容期望电压的大小判断锂电池是否需要对超级电容充电，对复合电源的功率分流并未提出明确的控制方法。综上所述，现有的复合电源控制方法也主要集中在对锂电池或超级电容的状态辨识，而对于克服电动汽车复合电源长时间工作存在的超级电容过充或过放的自适应分频控制暂无相关研究。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中复合电源长时间工作存在的超级电容过充或过放的问题，进而提出一种复合电源的分频控制方法、分配控制装置及复合电源，其通过控制超级电容电流的分配比例Ksc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。
一方面，本发明提供的一种复合电源的分频控制方法，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SOE，并根据超级电容的能量状态SOE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SOE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SOE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。
进一步优选，充电状态和放电状态下的电流分配比例如下：
Figure GDA0002554468430000031
式中，
Figure GDA0002554468430000032
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。
在充电状态下，根据
Figure GDA0002554468430000033
计算超级电容电流的分配比例；根据公式，当SOE达到SOEmax时，Ksc计算出来等于0，表示超级电容的充电电流为0；当SOE为SOEmin时，Ksc就算出来为1，表示所有的充电功率都分配给超级电容，即超级电容的能量会快速恢复；当SOE∈[SOEmin，SOEmax]时，Ksc随着SOE的增加而线性减小。同理在放电状态下，Ksc和SOE也有类似的关系。这样，就可以严格限制超级电容充入或放出的功率，有效的避免超级电容过度充放电。同时，Ksc和SOE之间的变化函数关系，使得超级电容的SOE始终围绕中间能量水平而上下波动。这就使得，相比固定分频，超级电容的SOE波动更大，说明超级电容提供更大的尖峰或高频功率，从而在瞬时尺度上提高了超级电容有限容量的容量利用率，减小了总线电压的波动，维持了总线功率的平衡。
进一步优选，超级电容的能量状态SOE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；
Figure GDA0002554468430000034
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SOE；
Figure GDA0002554468430000035
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。
进一步优选，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；
Figure GDA0002554468430000041
Figure GDA0002554468430000042
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，
Figure GDA0002554468430000043
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。
本发明中优选对当前参考总电流进行处理时，生成频谱时采样的参考总电流来源于与当前时刻连续的历史参考总电流。
进一步优选，参考总电流采样点个数2n等于128。
进一步优选，所述负载参考总电流的获取过程为：
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；
Figure GDA0002554468430000044
式中，
Figure GDA0002554468430000045
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。由给定的总线期望电压
Figure GDA0002554468430000046
和采集的总线电压Vdc构成偏差
Figure GDA0002554468430000047
进一步优选，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；
Figure GDA0002554468430000051
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；由锂电池的参考电流
Figure GDA0002554468430000052
和采集的采集电流Ibat构成电流偏差
Figure GDA0002554468430000053
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；
Figure GDA0002554468430000054
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；由超级电容的参考电流
Figure GDA0002554468430000055
和采集的超级电容电流Isc构成电流偏差
Figure GDA0002554468430000056
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。
进一步优选，选用的滤波器为一阶滤波器。
另一方面，本发明提供一种基于上述方法的分频控制装置，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。
此外，本发明还提供一种复合电源，包括分频控制装置和复合电源主电路，分频控制装置中的驱动电流模块与复合电源主电路连接；
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。
有益效果
1、本发明提供的复合电源自适应分频控制方法，通过实时采集到的超级电容端电压，计算当前超级电容的能量状态SOE；并依据SOE和充放电状态决定负载电流给超级电容分配的比例。在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SOE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SOE减小而减小，进而可以严格限制超级电容充入或放出的功率，有效的避免超级电容过度充放电。同时，通过本方法负载功率中高频部分由超级电容提供，降低锂电池尖峰电流和高频电流的损害。
2.本发明所述方法使得超级电容的SOE围绕中间能量水平波动，为后续的充电或放电提供能量空间，这样又可以在长时间尺度上大大提高超级电容容量的容量利用率。从而减小了整个复合能源***的能量消耗，提升使得整个***的能量利用率，间接的提高了电动汽车的续航里程。
3.本发明所述方法在得到超级电容功率分配的比例Ksc之后。将Ksc巧妙的映射到需求功率频谱上，找到合适的截止频率fc，让Ksc等于高频部分功率和总功率的比值。即在频谱上，由截止频率fc作为分离点，高频部分面积比总面积等于Ksc。这样，将负载功率或负载电流比例的分配，巧妙的和分频控制相结合，形成自适应分频控制算法，将高频负载电流由超级电容承担。从而在提高超级电容容量利用率的同时，又有效的保护了锂电池，延长了锂电池的寿命。
4.本发明所述方法主要应用于电动汽车复合电源，控制方法简单，计算量小，控制效果理想，能有效提升复合电源的能量效率。
附图说明
图1为本发明所述的电动汽车车载全主动复合电源***主电路拓扑结构图；
图2为一种复合电源的分频控制方法的流程示意图；
图3为采集电路模块。
图4为控制模块的控制原理框图；
图5为驱动电路模块；
图6为本发明所述方法所得到的超级电容的SOE、电流、电压曲线，并和传统基于固定分频的功率分配方法的比较示意图，其中，(a)图为超级电容的SOE对比图，(b)图为超级电容的电流对比图，(c)图为超级电容的电压对比图；
图7为本发明所述方法所得到的锂电池的SOC、电流、电压曲线，并和传统基于固定分频的功率分配方法的比较示意图，其中，(a)图为锂电池的SOC对比图，(b)图为锂电池的电流对比图，(c)图为锂电池的电压对比图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明做进一步的说明。
本发明实施例提供的一种复合电源的分频控制方法是用于对复合电源的自适应分频控制方法，尤其是应用于电动汽车复合电源，本发明以电动汽车复合电源为例进行说明，如图1所示为电动汽车复合电源主电路拓扑结构图，由开关管S1a、S1b和电感L1构成锂电池端的一路Buck-Boost电路，其低压端接锂电池，高压端并联连接总线电容并连接至总线负载；由开关管S2a、S2b和电感L2构成另外一路超级电容端的Buck-Boost电路，其低压端连接超级电容，高压端并联连接总线电容并连接至总线负载，其中，两路Buck-Boost电路之间并联。本发明通过控制两个Buck-Boost电路中开关管来实现充放电控制。
如图2所示，本发明实施例提供的一种复合电源的分频控制方法，包括如下步骤：
S1：采集当前时刻的总线电压Vdc、超级电容的端电压Vsc和电流Isc、锂电池电压和电流Ibat；
S2：根据当前时刻的总线电压Vdc以及预设的总线期望电压
Figure GDA0002554468430000071
输出负载参考总电流
Figure GDA0002554468430000072
具体过程为：由给定的总线期望电压
Figure GDA0002554468430000073
和采集的总线电压Vdc构成电压偏差
Figure GDA0002554468430000074
电压偏差ev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
Figure GDA0002554468430000075
Figure GDA0002554468430000076
式中，
Figure GDA0002554468430000077
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。
S2：根据当前时刻超级电容的端电压Vsc和超级电容的容量Csc计算出超级电容的能量状态SOE。计算过程如下：
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
Figure GDA0002554468430000081
根据
Figure GDA0002554468430000082
确定超级电容所能存储的最大能量，以及根据
Figure GDA0002554468430000083
确定超级电容所能存储能量的下界；其中，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。
最后，根据
Figure GDA0002554468430000084
计算出超级电容的能量状态SOE。
S3：根据超级电容的能量状态SOE计算出超级电容的电流分配比例Ksc。其中，超级电容的电流分配比例Ksc分为充电状态和放电状态下的电流分配比例，分别是：
Figure GDA0002554468430000085
式中，
Figure GDA0002554468430000086
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。
S4：利用超级电容的电流分配比例获取滤波器的截止频率。其中，本发明实施例选用的为一阶滤波器
Figure GDA0002554468430000087
其中，s表示拉普拉斯算子，HLPE(s)表示低通滤波器的传递函数。
其中，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，本实施例中选用与当前时刻连续的历史参考总电流进行采样得到128个采样点并进行频谱变化得到64个点的单边频谱幅值，记为
Figure GDA0002554468430000088
然后，计算单边频谱的总面积以及高频面积；
Figure GDA0002554468430000089
Figure GDA00025544684300000810
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，
Figure GDA0002554468430000091
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。
相应地，本实施例中2n等于128，故，单边频谱总面积为
Figure GDA0002554468430000092
高频部分的面积为
Figure GDA0002554468430000093
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。
同理，本实施例中，截止频率计算式为：fc＝(63-kc)fs/128。
S5：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
Figure GDA0002554468430000094
将高频电流分量作为超级电容的参考电流
Figure GDA0002554468430000095
S6：由锂电池的参考电流
Figure GDA0002554468430000096
和采集的锂电池电流Ibat构成电流环，输出锂电池端的占空比Dbat给锂电池端的变换电路；由超级电容的参考电流
Figure GDA0002554468430000097
和采集的超级电容电流Isc构成电流环，输出占空比Dsc给超级电容端的变换电路；
具体过程为：由锂电池的参考电流
Figure GDA0002554468430000098
和采集的采集电流Ibat构成电流偏差
Figure GDA0002554468430000099
电流偏差eib经过PID控制器形成电流控制闭环，即
Figure GDA00025544684300000910
从而输出锂电池端的占空比Dbat给锂电池端的变换电路。其中，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。
由超级电容的参考电流
Figure GDA00025544684300000911
和采集的超级电容电流Isc构成电流偏差
Figure GDA00025544684300000912
电流偏差eic经过PID控制器形成电流控制闭环，即
Figure GDA00025544684300000913
从而输出超级电容端的占空比Dsc给超级电容端的变换电路。其中，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。
S7：所得到的占空比Dbat、Dsc输入到驱动，生成带死区时间的两路互补驱动信号，输出至功率管。应当理解，根据占空比进行复合电源主电路控制过程为现有技术实现过程，本发明对此不进行具体的阐述，占空比为导通时间与周期时间之比，譬如，结合图1，本发明在充电过程中，根据占空比Dbat控制锂电池端的Buck-Boost电路中开关管S1a作用，S1b不作用，接收低频电流；根据占空比Dsc控制超级电容端的Buck-Boost电路中S2a作用，S2b不作用，接收高频电流；放电过程相反，根据占空比Dbat控制锂电池端的Buck-Boost电路中S1b作用，S1a不作用；根据占空比Dsc控制超级电容端的Buck-Boost电路中S2b作用，S2a不作用。本发明实施例中，驱动信号S1a和S1b为180度互补，并且切换边沿有20～50微秒的死区时间，保证S1a和S1b不会同时导通。同理，S2a和S2b也是一对带死区时间的互补驱动信号。
基于上述分频控制方法，本发明提供一种分频控制装置，其包括如图3、图4、图5所示的采集电路模块、控制模块以及驱动电流模块，其中，采集电路模块与控制模块连接，控制模块与驱动电流模块连接。
如图3所示的采集电流模块，其包括电压传感器和电流传感器、高精度采集模块，通过电压传感器采集总线电压、锂电池电压以及超级电容电压，通过电流传感器采集锂电池电流和超级电容电流。本发明实施例通过电压/电流传感器进行采集，再将采集信号变换为0-3V的信号，并采用24位高精度采集模块ADS1256进行采集，并通过SPI协议输入到控制器(控制模块)。
如图4所示的控制模块，其通过本发明上述分频控制方法来实现计算过程，得到锂电池端的占空比以及超级电容端的占空比，并传输给驱动电路模块。
如图5所示的驱动电路模块，其包括两套驱动，一套为锂电池升降压的支路，另一套为超级电容升降压的支路。由控制模块得到的占空比输入至驱动，通过信号互补及死区时间控制单元，使得S1a和S1b的驱动信号呈180度互补，并且在边沿***死区时间，避免S1a、S1b同时导通，实现复合电源主电路的控制。
另一方面，本发明提供一种复合电源其包括图1所示的复合电路主电路以及上述分频控制装置。
为了进一步验证本发明所述方法的可靠性，利用本发明所述方法与传统固定分频的方法进行比较，其中，图6为超级电容的SOE、电流、电压曲线，从图6(a)明显的可以看出本发明所述的方法得到的SOE波动更大，并且始终围绕着60％的能量水平波动。而传统的方法得到的SOE波动很小，超级电容的容量利用很小，并且SOE在持续下降。相同的效果也可以从图6(c)的电压曲线中看出。图6(b)中电流的波形相较传统方法也更大，进一步说明了超级电容承担了更多负载电流中的高频分量。图7为锂电池的SOC、电流、电压曲线；相较传统方法，锂电池的SOC、电流和电压的高频分量明显较少了。大大减轻了高频尖峰电流对锂电池造成的损害。
需要强调的是，本发明所述的实例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明不限于具体实施方式中所述的实例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，不脱离本发明宗旨和范围的，不论是修改还是替换，同样属于本发明的保护范围。

Claims (10)

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SOE，并根据超级电容的能量状态SOE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SOE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SOE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：
Figure FDA0002554468420000011
式中，
Figure FDA0002554468420000012
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SOE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；
Figure FDA0002554468420000013
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SOE；
Figure FDA0002554468420000014
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；
Figure FDA0002554468420000021
Figure FDA0002554468420000022
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，
Figure FDA0002554468420000023
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获取过程为：
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；
Figure FDA0002554468420000024
式中，
Figure FDA0002554468420000025
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；
Figure FDA0002554468420000031
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；
Figure FDA0002554468420000032
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。
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