CN107017693B - 无人船能量管理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人船能量管理方法及系统，利用永磁同步电机驱动无人船的推进器运行；将蓄电池和超级电容输出的直流电能逆变成交流电能，为永磁同步电机供电，并且，在蓄电池和超级电容供电的期间，执行以下能量分配过程：永磁同步电机在启动时，控制连接蓄电池正极的第一开关保持常开状态，并控制连接超级电容正极的第二开关保持常开状态，输出直流电能；在永磁同步电机启动运行到设定的启动时间时，调节所述第一开关和第二开关的通断时序，使蓄电池的输出电流i_e＝c_e(t)i_qref，使超级电容的输出电流i_c＝c_c(t)i_qref。本发明通过对蓄电池和超级电容输出的能量进行合理分配，有效提升了电动无人船的加速性能，满足了电动无人船的高能量密度和高功率密度的需求。

Description

无人船能量管理方法及系统

技术领域

本发明属于无人船技术领域，具体地说，是涉及一种用于无人船的能量管理方法及系统。

背景技术

目前，无人船在技术上有了很大的提高，在军事、民用及科研领域具有广泛的应用前景。现有的无人船大多采用模块化设计，功能具有多样性。同时，其动力系统也从传统的汽油或者柴油发动机推进系统开始转向电力推进、利用太阳能、风能等新能源动力系统，由此极大提高了无人船的续航能力。

无人船在应用方面的广阔前景以及在轻量化、能源消耗等方面展现出的巨大优势，使得各国都致力于无人船的研究，目前正处于飞速发展的关键阶段。

然而，目前采用电力推进系统设计的无人船(电动无人船)，大多采用锂电池作为其电力存储装置。而现有的锂电池往往不能同时满足电动无人船的高能量密度和高功率密度的需求，并且锂电池的使用寿命较短，废旧电池丢弃也会引发污染等问题。因此通过能量管理系统，增强电力推进无人船续航里程成为急需解决的问题。

发明内容

本发明针对无人船提出了一种能量管理方法，采用蓄电池和超级电容组成电动无人船的电力存储装置，通过对蓄电池和超级电容的能量进行合理分配，从而提高了电源的能量使用效率，增强了电力推进无人船续航里程。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一方面，本发明公开了一种无人船能量管理方法，包括：利用永磁同步电机驱动所述无人船的推进器运行；将蓄电池和超级电容输出的直流电能逆变成交流电能，为所述永磁同步电机供电，并且，在所述蓄电池和超级电容供电的期间，执行以下能量分配过程：所述永磁同步电机在启动时，控制连接蓄电池正极的第一开关保持常开状态，并控制连接超级电容正极的第二开关保持常开状态，输出直流电能；在所述永磁同步电机启动运行到设定的启动时间时，调节所述第一开关和第二开关的通断时序，使所述蓄电池的输出电流i_e＝c_e(t)i_qref，使所述超级电容的输出电流i_c＝c_c(t)i_qref；其中，

t为永磁同步电机的运行时间，t₁为永磁同步电机运行转速改变的开始时刻，T_c为常数，i_qref为永磁同步电机的定子电流参考输入。

为了实现能量的回收再利用，延长无人船的续航时间，本发明在所述无人船能量管理方法中还设计有能量回收策略，即，在所述永磁同步电机制动期间，将所述永磁同步电机输出的交流电能整流成直流电能，并进行升压后，为所述超级电容充电；在充电过程中，调节所述超级电容的输入电流i_c'＝c_c'(t)i_qref；其中，

T_e为永磁同步电机运行到制动开始时刻所经历的运行时间。

进一步的，在所述超级电容充电的期间，对所述永磁同步电机输出的交流电能整流成的直流电能进行检测，若检测到的直流电压低于设定的下限值，则结束所述超级电容的充电过程。

为了使蓄电池中储存的能量能够在较长的时间内维持较高的水平，本发明在所述无人船停止运行的期间，若所述超级电容储能的能量高于蓄电池储存的能量，且差值大于设定阈值，则控制所述超级电容输出电能，并进行升压后，为所述蓄电池充电，将超级电容中的能量转移到蓄电池中储存。

优选的，优选利用PWM信号控制所述第一开关和第二开关通断，通过改变PWM信号的占空比来调节所述第一开关和第二开关的通断时序。

另一方面，本发明还提出了一种无人船能量管理系统，所述无人船采用永磁同步电机驱动推进器运行；包括蓄电池、超级电容、变流电路、控制电路；所述蓄电池的正极连接第一开关；所述超级电容的正极连接第二开关；所述变流电路用于将蓄电池和超级电容输出的直流电能逆变成交流电能，为所述永磁同步电机供电；所述控制电路在所述永磁同步电机启动时，控制所述第一开关和第二开关保持常开状态，通过所述蓄电池和超级电容输出直流电能；在所述永磁同步电机启动运行到设定的启动时间时，调节所述第一开关和第二开关的通断时序，使所述蓄电池的输出电流i_e＝c_e(t)i_qref，使所述超级电容的输出电流i_c＝c_c(t)i_qref；其中，

t为所述永磁同步电机的运行时间，t₁为永磁同步电机运行转速改变的开始时刻，T_c为常数，i_qref为所述永磁同步电机的定子电流参考输入。

进一步的，本发明在无人船能量管理系统中还设置有升压电路，连接所述的超级电容；所述变流电路在永磁同步电机制动期间，将所述永磁同步电机制动时输出的交流电能整流成直流电能，通过所述升压电路升压后，为所述超级电容充电；所述控制电路在所述永磁同步电机制动期间，调节升压电路，使所述超级电容的输入电流i_c'＝c_c'(t)i_qref；其中，

T_e为所述永磁同步电机运行到制动开始时刻所经历的运行时间。本发明通过对永磁同步电机制动期间输出的电能进行回收利用，可以延长无人船的续航时间。

为了对超级电容的充电进程实现合理控制，本发明在所述无人船能量管理系统中还设置有电压检测装置，其在所述永磁同步电机制动期间，检测通过所述变流电路整流输出的直流电压，并传输至所述控制电路；所述控制电路在检测到所述直流电压低于设定的下限值时，控制所述升压电路停止运行，结束充电过程。

为了使蓄电池中储存的能量能够在较长的时间内维持较高的水平，所述升压电路在无人船停止运行期间，并且所述超级电容储能的能量高于蓄电池储存的能量，且差值大于设定阈值时，对所述超级电容输出的电能进行升压变换，然后传输至所述蓄电池，为所述蓄电池充电，以将超级电容中的能量转移到蓄电池中储存。

为了对流过蓄电池和超级电容的电流实现有效调节，本发明在所述无人船能量管理系统中还设置有第一电流检测装置和第二电流检测装置；其中，所述第一电流检测装置检测流过所述蓄电池正极的电流大小，并传输至所述控制电路；所述第二电流检测装置检测流过所述超级电容正极的电流大小，并传输至所述控制电路；所述控制电路输出两路PWM信号，分别控制所述第一开关和第二开关通断，并根据第一电流检测装置和第二电流检测装置检测到的电流大小调节所述两路PWM信号的占空比，继而对流过所述蓄电池和超级电容的电流实现调节，实现能量在释放和回收过程中的合理分配。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明采用蓄电池和超级电容组成复合电源为无人船中的用电负载供电，通过对蓄电池和超级电容输出的能量进行合理分配，兼顾了电池高能量密度和超级电容高功率密度的特性，在保证无人船续驶里程的基础上，能有效提升电动无人船加速性能，满足了电动无人船的高能量密度和高功率密度的需求，延长了电池的使用寿命，实现了优势互补。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的无人船的一种实施例的总体结构示意图；

图2是本发明所提出的无人船能量管理系统的一种实施例的电路原理图；

图3是本发明所提出的无人船能量管理方法的一种实施例的工作流程图；

图4是FOC算法原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。

如图1所示，本实施例的电动无人船设计成一个基本封闭的船型中空体，其船艏1形成向下的倾斜面，以减小航行过程中水流对船体产生的阻力。为了提高无人船在航行过程中的稳定性，本实施例在无人船的底部2加装有一个在竖直方向上向水下延伸的深入部3。所述深入部3在水平方向上从船艏1向船尾4方向延伸，且终止于船身的中部。将深入部3的前端面31也设计成向下倾斜的倾斜面，且斜率与船艏1所形成的倾斜面的斜率相同，并且使深入部3的前端面31与无人船的船艏1所形成的倾斜面处于同一平面中，即，将无人船的外壳线性设计成深V型，从而使无人船具备了吃水浅、阻力性能好、航速高、高速航行稳定等特点，提高了无人船的稳定性、耐波性和对不同工作环境的适应性，使其能够更好地满足地海洋监测领域的工作任务要求。

考虑到无人船在运行过程中会产生噪声振动，这种噪声振动对于船上搭载的测量仪器(例如，用于检测不同海洋参数的各类传感器，如水温传感器、盐度和电导率传感器、pH传感器、溶解氧传感器、浊度传感器，测深仪等)的测量精度会产生不利影响，从而造成检测结果的误差率升高。为了解决此问题，本实施例选择在无人船运行过程中产生噪声振动最小的位置，例如所述深入部3的底面32与其前端面31所形成的交界面33的位置处，安装所需的测量仪器，以减小噪声振动对测量仪器产生的干扰。具体来讲，本实施例可以在所述交界面33处开设多个安装孔，在不同的安装孔中可以安装不同规格的变径套筒，将传感器安装在变径套筒中，由此可以实现不同传感器在无人船上的挂载，并便于传感器的更换。

在本实施例的无人船所形成的中空腔室内可以间隔形成多个封闭的舱室，以用于不同的功能。本实施例以设置三个舱室为例，沿船艏1至船尾4的方向依次定为：船艏舱5、仪器舱6和主机舱7，图1中以竖直虚线划分。其中，主机舱7内可以安装无人船的控制系统71(例如，布设有控制电路的电路板等)、姿态采集系统72(例如，陀螺仪、重力传感器等)、电力存储装置(例如，蓄电池和超级电容)73、推进器的驱动系统74等。所述推进器的驱动系统74与安装在船尾4的推进器9连接，以对船体产生行进的推力。在无人船的顶面可以安装无线通信收发器8，采用无线通信的方式与远程监控设备10通讯，实现科研人员对无人船的远程操控，并可将无人船采集到的测量数据实时或定时地回传至远程监控设备10，以便于科研人员对待测海域进行监测。对于无人船上需要搭载的其他设备和仪器，例如导航装置、各类仪器、仪表等，则可以安装在仪器舱6内。

本实施例的推进器9优选采用喷水推进器，通过向后喷水，对船体产生向前的推力。本实施例优选在船尾4安装两个喷水推进器9，一左一右，以便于控制船体改变航向。本实施例选用喷水推进器9，相比传统无人船所选用的螺旋桨推进系统，具有推进效率高、操纵性和动力定位性能优异、运行噪音低和浅水效应小等优点，更适合应用在执行海洋监测任务的无人船上。

本实施例优选采用永磁同步电机作为推进器的驱动系统74，驱动喷水推进器9喷水。本实施例采用永磁同步电机驱动喷水推进器9运行，具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率因数高等优点，而且产生的噪声较小，可以减小对测量仪器的检测精度的影响。

为了驱动永磁同步电机运行，满足电动无人船的高能量密度和高功率密度的需求，本实施例优选采用蓄电池和超级电容组成无人船的电力存储系统，为无人船中的用电负载供电，特别是为用于驱动推进器9运行的永磁同步电机供电，以改善电动无人船的启动性能。

超级电容是一种介于电池和静电电容器之间的储能元件,具有比静电电容器高得多的能量密度和比电池高得多的功率密度,不仅适合于作短时间的功率输出源,而且还可利用其比功率高、比能量大、一次储能多等优点,在电动无人船启动、加速时有效地改善运动特性。此外,超级电容还具有内阻小、充放电效率高(90％以上)、循环寿命长(几万至十万次)、无污染等独特的优点,将其与其他能量元件(发动机、蓄电池、燃料电池等)组成联合体共同工作,可以实现能量的回收利用，继而解决因电池使用寿命短、废旧电池丢弃所引发的环境污染等问题。

下面结合图2，对本实施例的电动无人船的能量管理系统的电路结构进行具体阐述。

如图2所示，为了对蓄电池BAT和超级电容C输出的能量进行合理分配，以满足永磁同步电机M在启动和正常运行过程中不同的用电需求，改善电动无人船的启动和加速性能，本实施例在蓄电池BAT的正极串联第一开关T5，在超级电容C的正极串联第二开关4H，通过改变第一开关T5和第二开关4H的通断时序，以调节蓄电池BAT和超级电容C的输出能量，实现能量的合理化利用。图2中，IGBT模块1H、2H、3H、1L、2L、3L配合其反向并联的二极管连接形成变流电路(即，三相整流/逆变桥)，用于完成整流和逆变的功能。将所述变流电路的直流侧连接至无人船的电力存储系统，例如通过第一开关T5连通蓄电池BAT的正极，并通过第二开关4H连通超级电容C的正极，传输直流电源；将变流电路的交流侧连接至永磁同步电机M的电源端子，传输三相交流电源。在永磁同步电机M需要交流供电时，变流电路作为逆变器，将蓄电池BAT和超级电容C输出的直流电源逆变成交流电源，为永磁同步电机M供电；而在永磁同步电机M制动时，变流电路作为整流器，将永磁同步电机M制动时输出的交流电源整流成直流电源，用于为超级电容C和/或蓄电池BAT充电，以实现能量的回收再利用。

对于变流电路中，IGBT模块1H、2H、3H、1L、2L、3L通断时序的控制可以利用无人船中控制电路输出的PWM信号实现，以控制变流电路工作在逆变状态或整流状态。

考虑到变流电路作为整流器，对永磁同步电机M制动时输出的交流电源进行整流的过程中，仅仅依靠IGBT模块1H、2H、3H、1L、2L、3L上反向并联的二极管的自然整流作用，往往不足以使永磁同步电机M输出的三相感应电动势整流后的直流母线电压高于超级电容C的正极电压，也就不会形成充电电流实现能量回馈。为此，本实施例设计升压电路，连接在变流电路的直流侧，对通过变流电路整流输出的回馈电压进行升压变换后，为所述超级电容C充电蓄能。

作为本实施例的一种优选电路设计，本实施例在所述第二开关4H的基础上，再配合第三开关4L和电感L设计形成所述的升压电路，如图2所示。具体来讲，可以将所述第二开关4H的开关通路和第三开关4L的开关通路串联后，连接在所述超级电容C的正极与负极之间，将所述第二开关4H和第三开关4L的开关通路相连接的中间节点通过所述电感L连接至变流电路的直流侧，第二开关4H和第三开关4L的控制端连接无人船的控制电路，利用控制电路输出的控制信号控制第二开关4H和第三开关4L通断，继而将电能在电感L中分时存储和释放，以实现升压效果。

本实施例优选采用两个IGBT模块作为所述的第二开关4H和第三开关4L，将IGBT模块4H的集电极连接至超级电容C的正极，发射极连接IGBT模块4L的集电极，并通过电感L连接变流电路的直流侧，IGBT模块4L的发射极连接超级电容C的负极。将IGBT模块4H、4L的栅极连接至无人船的控制电路，接收控制电路输出的控制信号。在本实施例中，控制电路可以输出两路高低电平反向的PWM信号PWM2、PWM3，分别传输至所述IGBT模块4H、4L的栅极，通过调节PWM信号的占空比PWM2、PWM3，以控制IGBT模块4H、4L的通断时序(即，IGBT模块4H导通时，IGBT模块4L截止；而IGBT模块4H截止时，IGBT模块4L导通)，从而控制IGBT模块4H、4L和电感L工作在升压模式。

对于第一开关T5，也可以选用一颗IGBT模块对蓄电池BAT输出的电能实现控制。具体来讲，可以将IGBT模块T5的集电极连接至蓄电池BAT的正极，发射极连接变流电路的直流侧，栅极连接所述的控制电路，接收控制电路输出的另外一路PWM信号PWM1，通过调节PWM信号PWM1的占空比，以改变蓄电池BAT输出的电流大小。

此外，在所述蓄电池BAT的正极还可以连接第一电流检测装置A1，以用于检测流过所述蓄电池BAT的正极的电流大小，并传输至所述的控制电路；在所述超级电容C的正极可以连接第二电流检测装置A2，以用于检测流过所述超级电容C的正极的电流大小，并传输至所述控制电路；在所述变流电路的直流侧可以连接电压检测装置V，以用于检测直流母线电压，并传输至所述的控制电路。在所述变流电路的直流侧的两端可以跨接电容V_dc，以起到稳定直流母线电压的作用。

下面结合图2所示的电路结构，对本实施例的无人船能量管理方法进行具体阐述。

如图3所示，具体包括以下过程：

S301、在无人船启动运行时，控制第一开关T5和第二开关4H保持常开状态，以最大能量输出能力为永磁同步电机M供电；

在本实施例中，为了改善无人船的启动性能，需要在永磁同步电机M启动时，为永磁同步电机M提供较大的启动电流。为此，本实施例设计控制电路在无人船启动运行时，输出占空比为100％的PWM信号PWM1、PWM2，控制第一开关T5和第二开关4H保持常开状态，共同输出直流电能，经变流电路逆变成三相交流电能，传输至永磁同步电机M的电源端子，为永磁同步电机M供电，满足永磁同步电机M的大电流启动要求，继而改善无人船的启动性能。

在本实施例中，无人船在加速过程中，也可以采用控制第一开关T5和第二开关4H保持常开状态的方式，来提高永磁同步电机M的供电电流，继而改善无人船的加速性能。

S302、在永磁同步电机M启动运行到设定的启动时间时，调节所述第一开关T5和第二开关4H的通断时序，使蓄电池BAT的输出电流i_e＝c_e(t)i_qref，使超级电容C的输出电流i_c＝c_c(t)i_qref；

在本实施例中，当永磁同步电机M进入稳定运行状态后，其所需的电流明显下降，为了实现能量的合理化利用，本实施例对蓄电池BAT和超级电容C的输出电能进行合理化分配，即，通过调节PWM信号PWM1、PWM2的占空比，以改变第一开关T5和第二开关4H的通断时序，进而使通过蓄电池BAT输出的电流i_e＝c_e(t)i_qref，通过超级电容C输出的电流i_c＝c_c(t)i_qref。其中，

t为永磁同步电机M的运行时间；

t₁为永磁同步电机运行转速改变的开始时刻；

T_c为常数，通常可以在[0.01-2]之前取值；

i_qref为永磁同步电机M的定子电流参考输入，且i_qref＝i_c+i_e。

对于永磁同步电机M的定子电流参考输入i_qref可以采用现有的FOC算法计算得到。具体来讲，FOC(field orientated control，空间矢量控制)算法，其基本思想就是将定子的三相电流向量经过坐标转换成为两相等效且互相垂直的正交分量，一个相当于磁场电流、一个相当于转矩电流。空间矢量控制法即通过控制定子三相电流的大小、频率和相位使其磁场电流分量维持最大容许值，从而调节转矩电流分量以达到控制输出转矩的目的。如图4所示，永磁同步电机M磁场定向控制的速度控制过程可简单描述如下:

首先,根据检测到的电机转速和输入的参考转速及转速与转矩的关系,通过PI速度控制器计算得到定子电流参考输入i_qref。定子相电流i_a和i_b通过相电流检测电路被提取出来；然后，用Clarke变换将它们转换到定子两相坐标系中,使用Park变换再将它们转换到d-q旋转坐标系中。d-q坐标系中的电流信号再与它们的参考输入i_qref和i_dref相比较,其中i_dref＝0，通过PI控制器获得理想的控制量。控制信号再进行Park逆变换,送到PWM逆变器,从而得到控制定子三相对称绕组的实际电流。外环速度环产生了定子电流的参考值,内环电流环得到实际控制信号,从而构成一个完整的速度FOC双闭环系统。

在本实施例中，控制电路可以根据第一电流检测装置A1检测到的蓄电池BAT电流和第二电流检测装置A2检测到的超级电容C电流，调节其输出的PWM信号PWM1、PWM2的占空比，进而使蓄电池BAT的输出电流i_e＝c_e(t)i_qref，使超级电容C的输出电流i_c＝c_c(t)i_qref。

在无人船运行过程中，采用本过程的能量分配策略，可以在无人船运行初期，让超级电容C充分放电，使超级电容C中储存比较少的能量，以便于其在制动过程中能够接收更多的回馈能量，进而尽可能地延长无人船的续航时间。

S303、在无人船制动时，利用超级电容C接收并储存永磁同步电机M制动时输出的能量；

在无人船制动时，由于永磁同步电机M在制动过程中会产生感应电动势，输出交流电能，因此，本实施例在永磁同步电机M制动期间，可以将永磁同步电机M输出的交流电能通过变流电路整流成直流电能后，为蓄电池BAT或者超级电容C充电，以实现能量回馈。作为本实施例的一种优选设计方案，本实施例优选利用超级电容C接收回馈能量，以便于无人船在下次启动或加速过程中，能够利用超级电容C功率密度大的特性，实现大电流放电。具体来讲，通过控制电路控制第二开关4H和第三开关4L的通断时序，使第二开关4H、第三开关4L和电感L工作在升压模式，对通过变流电路整流输出的直流母线电压进行升压变换，进而为所述超级电容C充电。在充电过程中，调节所述超级电容C的输入电流i_c'＝c_c'(t)i_qref；其中，

T_e为永磁同步电机运行到制动开始时刻所经历的运行时间。采用此充电策略，在永磁同步电机M制动开始时，控制超级电容C大电流充电；而随着永磁同步电机M制动过程的进行，逐渐减小超级电容C的充电电流，由此可以改善超级电容C的能量回收性能，使超级电容C能够尽可能多的回收到制动能量。

S304、检测变流电路的直流母线电压，若直流母线电压低于设定的下限值，则结束超级电容C的充电过程；

本实施例在超级电容C充电期间，通过控制电路读取电压检测装置V采集到的直流母线电压，并与设定的下限值进行比较，若直流母线电压低于设定的下限值，则表示永磁同步电机M输出的能量已经很少，不适合继续进行能量回收过程。此时，控制电路可以控制第二开关4H和第三开关4L关断，以结束超级电容C的充电过程，避免造成能量损耗。

S305、在无人船停止运行期间，若检测到超级电容C储能的能量高于蓄电池BAT储存的能量，且差值大于设定阈值，则利用超级电容C为蓄电池BAT充电。

本实施例在无人船停止运行后，可以分别检测超级电容C和蓄电池BAT储能的能量，若超级电容C储存的能量较高，而蓄电池BAT中的能量少于设定值时，例如蓄电池中电量低于60％，此时，可以通过控制电路输出占空比为100％的PWM信号PWM1，控制第一开关T5常开，并调节控制信号PWM2和PWM3的占空比，以控制第二开关4H、第三开关4L和电感L工作在升压模式，对超级电容C输出的电压进行升压变换后，为蓄电池BAT充电，以实现能量从超级电容C向蓄电池BAT的转移。

采用本实施例的能量管理系统和能量管理方法，在无人船启动运行时，利用超级电容C进行大电流放电，由此可以改善无人船的启动和加速性能；在无人船制动和减速时，通过对超级电容C进行大电流充电，可以提高制动力矩，改善制动系统的可靠性，并可提高能量回收效率，延长无人船的续航里程，扩大无人船的活动范围。同时，可避免对蓄电池BAT进行大电流充放电，提高了蓄电池BAT的使用寿命。

本实施例的无人船，可以采用不同的模块，搭载不同的传感器及设备，可以广泛应用于我国海洋调查、测量和监测以及国防事业。

当然，以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人船能量管理方法，其特征在于，包括：

利用永磁同步电机驱动所述无人船的推进器运行；

将蓄电池和超级电容输出的直流电能逆变成交流电能，为所述永磁同步电机供电，并且，在所述蓄电池和超级电容供电的期间，执行以下能量分配过程：

所述永磁同步电机在启动时，控制连接蓄电池正极的第一开关保持常开状态，并控制连接超级电容正极的第二开关保持常开状态，输出直流电能；

在所述永磁同步电机启动运行到设定的启动时间时，调节所述第一开关和第二开关的通断时序，使所述蓄电池的输出电流i_e＝c_e(t)i_qref，使所述超级电容的输出电流i_c＝c_c(t)i_qref；其中，

t为永磁同步电机的运行时间，t₁为永磁同步电机运行转速改变的开始时刻，T_c为常数，i_qref为永磁同步电机的定子电流参考输入。

2.根据权利要求1所述的无人船能量管理方法，其特征在于，还包括：

在所述永磁同步电机制动期间，将所述永磁同步电机输出的交流电能整流成直流电能，并进行升压后，为所述超级电容充电；在充电过程中，调节所述超级电容的输入电流i_c'＝c_c'(t)i_qref；其中，

T_e为永磁同步电机运行到制动开始时刻所经历的运行时间。

3.根据权利要求2所述的无人船能量管理方法，其特征在于，在所述超级电容充电期间，对所述永磁同步电机输出的交流电能整流成的直流电能进行检测，若检测到的直流电压低于设定的下限值，则结束所述超级电容的充电过程。

4.根据权利要求1所述的无人船能量管理方法，其特征在于，在所述无人船停止运行的期间，若所述超级电容储能的能量高于蓄电池储存的能量，且差值大于设定阈值，则控制所述超级电容输出电能，并进行升压后，为所述蓄电池充电。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的无人船能量管理方法，其特征在于，利用PWM信号控制所述第一开关和第二开关通断，通过改变PWM信号的占空比来调节所述第一开关和第二开关的通断时序。

6.一种无人船能量管理系统，所述无人船采用永磁同步电机驱动推进器运行；其特征在于，包括：

蓄电池，其正极连接第一开关；

超级电容，其正极连接第二开关；

变流电路，其用于将蓄电池和超级电容输出的直流电能逆变成交流电能，为所述永磁同步电机供电；

控制电路，其在所述永磁同步电机启动时，控制所述第一开关和第二开关保持常开状态，通过所述蓄电池和超级电容输出直流电能；在所述永磁同步电机启动运行到设定的启动时间时，调节所述第一开关和第二开关的通断时序，使所述蓄电池的输出电流i_e＝c_e(t)i_qref，使所述超级电容的输出电流i_c＝c_c(t)i_qref；其中，

t为所述永磁同步电机的运行时间，t₁为永磁同步电机运行转速改变的开始时刻，T_c为常数，i_qref为所述永磁同步电机的定子电流参考输入。

7.根据权利要求6所述的无人船能量管理系统，其特征在于，还包括：

升压电路，其连接所述的超级电容；

其中，所述变流电路在永磁同步电机制动期间，将所述永磁同步电机制动时输出的交流电能整流成直流电能，通过所述升压电路升压后，为所述超级电容充电；所述控制电路在所述永磁同步电机制动期间，调节所述升压电路，使所述超级电容的输入电流i_c'＝c_c'(t)i_qref；其中，

T_e为所述永磁同步电机运行到制动开始时刻所经历的运行时间。

8.根据权利要求7所述的无人船能量管理系统，其特征在于，还包括：

电压检测装置，其在所述永磁同步电机制动期间，检测通过所述变流电路整流输出的直流电压，并传输至所述控制电路；

其中，所述控制电路在检测到所述直流电压低于设定的下限值时，控制所述升压电路停止运行，结束充电过程。

9.根据权利要求7所述的无人船能量管理系统，其特征在于，所述升压电路在无人船停止运行的期间，若所述超级电容储能的能量高于蓄电池储存的能量，且差值大于设定阈值，则对所述超级电容输出的电能进行升压变换，并传输至所述蓄电池，为所述蓄电池充电。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的无人船能量管理系统，其特征在于，还包括：

第一电流检测装置，其检测流过所述蓄电池正极的电流大小，并传输至所述控制电路；

第二电流检测装置，其检测流过所述超级电容正极的电流大小，并传输至所述控制电路；

其中，所述控制电路输出两路PWM信号，分别控制所述第一开关和第二开关通断，并根据第一电流检测装置和第二电流检测装置检测到的电流大小调节所述两路PWM信号的占空比，进而对流过所述蓄电池和超级电容的电流实现调节。

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