CN115352286A - 一种复合电源及能量管理系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合电源及能量管理系统及其控制方法，系统包括：高能量密度型锂电池正极和二极管D4正极、电感L一端连接，高能量密度型锂电池负极和开关管SW2第一端、二极管D2正极和高功率密度型锂电池负极连接，电感L另一端与开关管SW2第二端、二极管D2负极、开关管SW1第一端、二极管D1正极连接，二极管D4负极与开关管SW1第二端、二极管D1负极、二极管D3正极和开关管SW3第一端连接，二极管D3负极与开关管SW3第二端和高功率密度型锂电池正极连接，开关管SW1第三端、开关管SW2第三端和开关管SW3第三端均与控制器连接。本发明实现了同一电路中高能量密度型/高功率密度型电池的高效利用。

Description

一种复合电源及能量管理系统及其控制方法

技术领域

本发明属于电源技术领域，具体涉及一种复合电源及能量管理系统及其控制方法。

背景技术

近年来，电动车逐渐被大众所接受。对于电动车，电源供电系统尤为重要，目前电源供电系统主要采用的是锂电池、燃料电池和超级电容等方式。而随着技术的发展，在特种电池领域，改性的高能量密度型和高功率密度型锂电池技术展现出了十分强劲的发展潜力。

现有改性电池，更多的是设计采用单独改性的高能量密度型锂电池或改性的高功率密度型锂电池。但为了同时具有电池的能量密度和功率密度优势，设计高能量密度型和高功率密度型锂电池的复合储能方案已被逐渐开始考虑。高能量密度型/高功率密度型锂电池的复合储能系统比传统的锂电池/超级电容的复合储能系统更具有竞争力，因为改性的高能量型锂电池比传统锂电池具有能量密度更高、体积更小和质量更轻的优势，并且改性的高功率密度型锂电池克服了传统超级电容电压随电量减少而明显降低的缺陷。这种高能量密度型/高功率密度型锂电池的复合储能方案具有更好的市场前景。

但是，对于这种高能量密度型/高功率密度型锂电池的复合储能方案系统，亟待需要解决的是两种不同类型的锂电池的匹配问题，高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的工作特性不一样，二者无法直接连接使用。因此，需要设计合适的电池复合储能方案，使得两种不同类型且工作特性也不同的锂电池可以被使用于同一电路中，从而有效提高高能量密度型/高功率密度型锂电池的利用率。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种复合电源及能量管理系统及其控制方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明实施例提供了一种复合电源及能量管理系统，包括：高能量密度型锂电池、高功率密度型锂电池、开关管SW1、开关管SW2、开关管SW3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4和电感L，其中，

所述高能量密度型锂电池的正极和所述二极管D4的正极、所述电感L的一端连接，所述高能量密度型锂电池的负极和所述开关管SW2的第一端、所述二极管D2的正极和所述高功率密度型锂电池的负极连接，所述电感L的另一端与所述开关管SW2的第二端、所述二极管D2的负极、所述开关管SW1的第一端、所述二极管D1的正极连接，所述二极管D4的负极与所述开关管SW1的第二端、所述二极管D1的负极、所述二极管D3的正极和所述开关管SW3的第一端连接，所述二极管D3的负极与所述开关管SW3的第二端和所述高功率密度型锂电池的正极连接，所述开关管SW1的第三端、所述开关管SW2的第三端和所述开关管SW3的第三端均与控制器连接；

其中，通过控制所述开关管SW1、所述开关管SW2、所述开关管SW3的关断与闭合，实现对复合电源及能量管理系统中所述高能量密度型锂电池和所述高功率密度型锂电池的充电与输出供能的能量管理。

在本发明的一个实施例中，还包括SOC获取模块，分别连接于所述高能量密度型锂电池和所述高功率密度型锂电池的两端，用于分别获取所述高能量密度型锂电池和所述高功率密度型锂电池的SOC。

在本发明的一个实施例中，所述高能量密度型锂电池的SOC范围为40%~90%；所述高功率密度型锂电池的SOC范围为50%~90%。

在本发明的一个实施例中，还包括负载功率检测模块，连接于负载两端，用于检测所述负载两端的功率。

在本发明的一个实施例中，所述控制器为ARM控制器，连接所述SOC获取模块和所述负载功率检测模块，用于根据所述高能量密度型锂电池和所述高功率密度型锂电池的SOC，以及所述负载两端的功率生成对应的控制信号，通过所述控制信号控制所述开关管SW1、所述开关管SW2、所述开关管SW3的关断与闭合。

在本发明的一个实施例中，所述高能量密度型锂电池和所述高功率密度型锂电池的充电与输出供能的能量管理包括三种工作模式：协同升压供能工作模式、升压充电与供能工作模式和馈能工作模式；其中，

所述协同升压供能工作模式为所述高能量密度型锂电池和所述高功率密度型锂电池共同输出供能模式；

所述升压充电与供能工作模式为所述高能量密度型锂电池输出供能、所述高功率密度型锂电池充电的工作模式；

所述馈能工作模式为所述高能量密度型锂电池充电、所述高功率密度型锂电池输出供能的工作模式。

在本发明的一个实施例中，在所述升压充电与供能工作模式中，根据获取的所述高能量密度型锂电池和所述高功率密度型锂电池的SOC控制所述高能量密度型锂电池通过所述电感L和所述二极管D1升压输出供能，或通过所述二极管D4直接输出供能。

第二方面，本发明实施例提供了一种复合电源及能量管理系统的控制方法，所述复合电源及能量管理系统为上述任一所述的复合电源及能量管理系统，对应的控制方法包括：

实时检测负载两端的功率，判断所述负载两端的功率是否到达预设高功率阈值：

若所述负载两端的功率达到预设高功率阈值时，则控制所述二极管D1、所述开关管SW1、所述二极管D2、所述开关管SW2和所述开关管SW3导通，控制所述二极管D3和所述二极管D4关断，则所述高能量密度型锂电池通过所述电感L、所述二极管D1升压输出供能，所述高功率密度型锂电池通过所述开关管SW3直接输出供能，使得所述复合电源及能量管理系统工作在协同升压供能工作模式；

若所述负载两端的功率未达到预设高功率阈值时，则实时检测所述高功率密度型锂电池的SOC：

若所述高功率密度型锂电池的SOC未达到所述高功率密度型锂电池的预设SOC阈值上限时，控制所述开关管SW3断开和所述二极管D4关断，控制所述二极管D1、所述开关管SW1、所述二极管D2、所述开关管SW2和所述二极管D3导通，则所述高能量密度型锂电池通过所述电感L和所述二极管D1升压输出供能，同时通过所述二极管D3为所述高功率密度型锂电池充电，使得所述复合电源及能量管理系统工作在升压充电与供能工作模式；

若所述高功率密度型锂电池的SOC达到所述预设SOC阈值上限且所述高功率密度型锂电池的SOC未达到100%时，控制所述二极管D1、所述开关管SW1、所述二极管D2、所述开关管SW2和所述开关管SW3关断，控制所述二极管D3和所述二极管D4导通，则所述高能量密度型锂电池通过所述二极管D4直接输出供能，同时通过所述二极管D3为所述高功率密度型锂电池充电，使得所述复合电源及能量管理系统继续工作在升压充电与供能工作模式；

若所述高功率密度型锂电池的SOC达到100%时，控制所述二极管D3、所述二极管D4关断，控制所述二极管D1、所述开关管SW1、所述二极管D2、所述开关管SW2和所述开关管SW3导通，则所述高功率密度型锂电池通过所述开关管SW3直接输出供能，同时通过所述电感L和所述二极管D1为所述高能量密度型锂电池充电，使得所述复合电源及能量管理系统工作在馈能工作模式。

在本发明的一个实施例中，还包括：

实时检测所述高能量密度型锂电池的SOC，若检测到的所述高功率密度型锂电池的SOC达到所述预设SOC阈值上限，且检测到的所述高能量密度型锂电池的SOC达到所述高能量密度型锂电池的预设SOC阈值下限时，控制所述二极管D3、所述二极管D4关断，控制所述二极管D1、所述开关管SW1、所述二极管D2、所述开关管SW2和所述开关管SW3导通，则所述高功率密度型锂电池通过所述开关管SW3直接输出供能，同时通过所述电感L和所述二极管D1为所述高能量密度型锂电池充电，使得所述复合电源及能量管理系统工作在馈能工作模式。

在本发明的一个实施例中，还包括：

实时检测所述高能量密度型锂电池和所述高功率密度型锂电池的SOC，以及所述负载两端的功率，由控制器根据检测到的所述高能量密度型锂电池和所述高功率密度型锂电池的SOC，以及所述负载两端的功率生成对应的控制信号，通过所述控制信号控制所述开关管SW1、所述开关管SW2、所述开关管SW3的关断与导通。

本发明的有益效果：

本发明提出的复合电源及能量管理系统，巧妙设计了一种同时包含高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的复合及能量管理电路，克服了高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池由于工作特性不一样导致电路设计中容易出现的不匹配问题，通过控制开关管SW1、开关管SW2、开关管SW3的关断与闭合，可以充分利用高能量密度型锂电池储能容量大、高功率密度型锂电池可实现高功率放电的优势，实现系统中高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的高效利用，从而可以延长电动车的续航时间。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种复合电源及能量管理系统的结构意图；

图2是本发明实施例提供的另一种复合电源及能量管理系统的结构意图；

图3是本发明实施例提供的一种复合电源及能量管理系统的控制方法流程示意图；

图4(a)~图4(d)是本发明实施例提供的一种复合电源及能量管理系统对应不同工作模式的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种复合电源及能量管理系统的控制方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

为了实现高能量密度型/高功率密度型电池的高效利用，并应用于电动车的动力系统，延长电动车的续航时间，请参见图1，本发明实施例提供了一种复合电源及能量管理系统，包括：高能量密度型锂电池、高功率密度型锂电池、开关管SW1、开关管SW2、开关管SW3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4和电感L，其中，

高能量密度型锂电池的正极和二极管D4的正极、电感L的一端连接，高能量密度型锂电池的负极和开关管SW2的第一端、二极管D2的正极和高功率密度型锂电池的负极连接，电感L的另一端与开关管SW2的第二端、二极管D2的负极、开关管SW1的第一端、二极管D1的正极连接，二极管D4的负极与开关管SW1的第二端、二极管D1的负极、二极管D3的正极和开关管SW3的第一端连接，二极管D3的负极与开关管SW3的第二端和高功率密度型锂电池的正极连接，开关管SW1的第三端、开关管SW2的第三端和开关管SW3的第三端均与控制器连接；

其中，通过控制开关管SW1、开关管SW2、开关管SW3的关断与闭合，实现对复合电源及能量管理系统中高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的充电与输出供能的能量管理。

本发明实施例中，开关管SW1、开关管SW2、开关管SW3可以为N型或P型沟道的金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET)，也可以为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)，以及其他具有同种作用的开关替代。

本发明实施例中，选择的改性高能量密度型锂电池的能量密度可以达到280Wh/kg，在实际工作中可实现5C倍率放电时功率密度可以达到1.4 kW/kg；选择的改性高功率密度型锂电池的能量密度可以达到200Wh/kg，实际工作中可实现20C倍率放电时功率密度可以达到4 kW/kg。高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池分别以5C和20C倍率放电，按照4:1的比例配置复合电源及能量管理系统，则系统的能量密度为264 Wh/kg，功率密度为1.92 kW/kg。复合电源及能量管理系统的平均功率密度为2 kW/kg，该值与高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池模块数量、电池材料以及单体电池的串并联方式相关，以最大倍率20C可持续放电3分钟。

本发明实施例中，高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池不局限于是单一改性的高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池，也可以是由相同改性的高能量密度型锂电池或高功率密度型锂电池构成的电池组。

进一步地，本发明实施例提出了一种可选控制开关管SW1、开关管SW2、开关管SW3的关断与闭合的方式，请参见图2，在复合电源及能量管理系统中增加一SOC获取模块和负载功率检测模块，SOC获取模块分别连接于高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的两端，用于分别获取高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的电荷状态(State ofCharge，简称SOC)，负载功率检测模块连接于负载两端，用于检测负载两端的功率。通过实时检测高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的SOC和负载两端的功率生成对应的控制信号，通过这些控制信号控制开关管SW1、开关管SW2和开关管SW3的关断与闭合来实现对复合电源及能量管理系统的有效能量管理，使得同一电路中可以同时使用高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池输出供能，供能过程中系统可以充分利用高能量密度型锂电池储能容量大、高功率密度型锂电池可实现高功率放电的优势。其中，SOC获取模块具体电路结构不限，实现SOC获取的电路均可以，同样，负载功率检测模块具体电路结构不限，实现获取负载功率的电路均可以。

优选地，高能量密度型锂电池的SOC范围为40%~90%；高功率密度型锂电池的SOC范围为50%~90%。

进一步地，本发明实施例控制器可以为ARM控制器，ARM控制器的输入连接SOC获取模块和负载功率检测模块，ARM控制器的输出分别连接开关管SW1的第三端、开关管SW2的第三端和开关管SW3的第三端。可以看到，本发明实施例ARM控制器根据SOC获取模块输出的高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的SOC，以及负载功率检测模块输出的负载两端的功率首先生成对应的控制信号，根据这些控制信号来控制开关管SW1、开关管SW2、开关管SW3的关断与闭合，实现对复合电源及能量管理系统中所述高能量密度型锂电池和所述高功率密度型锂电池的充电与输出供能的能量管理。本发明实施例高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的充电与输出供能的能量管理包括三种工作模式：协同升压供能工作模式、升压充电与供能工作模式和馈能工作模式；具体每种工作模式中高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的充电与输出供能状态为：

协同升压供能工作模式为高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池共同输出供能模式；升压充电与供能工作模式为高能量密度型锂电池输出供能、高功率密度型锂电池充电的工作模式；馈能工作模式为高能量密度型锂电池充电、高功率密度型锂电池输出供能的工作模式。

针对升压充电与供能工作模式，本发明实施例提出了一种可选方案，在升压充电与供能工作模式中，根据获取的高功率密度型锂电池的SOC控制高能量密度型锂电池实现通过电感L和二极管D1升压输出供能，或通过二极管D4直接输出供能的两种供能方式。在升压充电与供能工作模式中，由于高功率密度型锂电池的放电，此时获取的高功率密度型锂电池的SOC极大可能会低于高功率密度型锂电池的预设SOC阈值下限，为了实现对高功率密度型锂电池的快速充电，使之可以更好的为高功率场景需求供能，本发明实施例设计了一种可以通过电感L和二极管D1进行升压过程，从而实现通过二极管D3为高功率密度型锂电池快速充电。但是，当高功率密度型锂电池充电达到一定的程度后，为保护高功率密度型锂电池的性能，需要过渡实现一平稳充电的过程，即本发明实施例通过二极管D4直接输出供能，同时通过二极管D3为高功率密度型锂电池稳定充电，直至高功率密度型锂电池充满，即高功率密度型锂电池的SOC达到100%。

这里，高功率密度型锂电池充电达到一定的程度定义为高功率密度型锂电池的SOC达到高功率密度型锂电池的预设SOC阈值上限，该预设SOC阈值上限取值为高功率密度型锂电池的SOC范围的上限，比如90%，对应的，高功率密度型锂电池的预设SOC阈值下限取值为高功率密度型锂电池的SOC范围的下限，比如50%。

综上所述，本发明实施例提供的复合电源及能量管理系统，巧妙设计了一种同时包含高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的复合及能量管理电路，克服了高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池由于工作特性不一样导致电路设计中容易出现的不匹配问题，通过控制开关管SW1、开关管SW2、开关管SW3的关断与闭合，可以充分利用高能量密度型锂电池储能容量大、高功率密度型锂电池可实现高功率放电的优势，实现系统中高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的高效利用，从而可以延长电动车的续航时间。

第二方面，本发明实施例提供了一种复合电源及能量管理系统的控制方法，复合电源及能量管理系统具体为上述图1和图2所示的复合电源及能量管理系统，请参见图3，对应的控制方法包括：

实时检测负载两端的功率，判断负载两端的功率是否到达预设高功率阈值：

若负载两端的功率达到预设高功率阈值时，系统处于高功率需求下，则控制二极管D1、开关管SW1、二极管D2、开关管SW2和开关管SW3导通，控制二极管D3和二极管D4关断，则高能量密度型锂电池通过电感L、二极管D1升压输出供能，高功率密度型锂电池通过开关管SW3直接输出供能，使得复合电源及能量管理系统工作在如图4(a)所示的协同升压供能工作模式；

若负载两端的功率未达到预设高功率阈值时，系统处于高功率需求下，则实时检测高功率密度型锂电池的SOC：

若高功率密度型锂电池的SOC未达到高功率密度型锂电池的预设SOC阈值上限时，控制开关管SW3和二极管D4关断，控制二极管D1、开关管SW1、二极管D2、开关管SW2和二极管D3导通，则高能量密度型锂电池通过电感L和二极管D1升压输出供能，同时通过二极管D3为高功率密度型锂电池充电，使得复合电源及能量管理系统工作在如图4(b)所示的升压充电与供能工作模式；

若高功率密度型锂电池的SOC达到预设SOC阈值上限且高功率密度型锂电池的SOC未达到100%时，控制二极管D1、开关管SW1、二极管D2、开关管SW2和开关管SW3关断，控制二极管D3和二极管D4导通，则高能量密度型锂电池通过二极管D4直接输出供能，同时通过二极管D3为高功率密度型锂电池充电，使得复合电源及能量管理系统工作在如图4(c)所示的升压充电与供能工作模式；

若高功率密度型锂电池的SOC达到100%时，控制二极管D3、二极管D4关断，控制二极管D1、开关管SW1、二极管D2、开关管SW2和开关管SW3导通，则高功率密度型锂电池通过开关管SW3直接输出供能，同时通过电感L和二极管D1为高能量密度型锂电池充电，使得复合电源及能量管理系统工作在如图4(d)所示的馈能工作模式。

由上述可以看出，本发明实施例在复合电源及能量管理系统启动后，首先通过判断被供能负载两端的功率，确定当前复合电源及能量管理系统处于高功率需求或低功率需求下：

当处于高功率需求时，此时复合电源及能量管理系统采用的是高能量密度型锂电池通过电感L和二极管D1，以及高功率密度型锂电池通过开关管SW3的共同输出供能的协同升压供能工作模式；

当处于低功率需求时，实时检测高功率密度型锂电池的SOC：

当高功率密度型锂电池的SOC未达到100%，即未充满时，根据当前检测到的高功率密度型锂电池的SOC控制复合电源及能量管理系统采用高能量密度型锂电池继续输出供能和高功率密度型锂电池充电的升压充电与供能工作模式，进一步地，根据当前检测到的高功率密度型锂电池的SOC是否达到高功率密度型锂电池的预设SOC阈值上限，控制复合电源及能量管理系统采用高能量密度型锂电池通过电感L、二极管D1升压输出供能，以及高功率密度型锂电池通过二极管D3充电的升压充电与供能工作模式，或采用高能量密度型锂电池通过二极管D4直接输出供能，以及高功率密度型锂电池通过二极管D3充电的升压充电与供能工作模式；

当高功率密度型锂电池的SOC达到100%时，此时可以进行工作模式切换，控制复合电源及能量管理系统采用高能量密度型锂电池通过电感L、二极管D1进行充电，以及高功率密度型锂电池通过开关管SW3输出供能的馈能工作模式。

基于上述工作模式切换策略的设计，为高功率需求和低功率需求设计了不同的工作模式，使得系统可以根据实际需求供能输出，减少供能损耗，提高了复合电源及能量管理系统中高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的利用率。同时，在低功率需求下，只需单一高能量密度型锂电池或高功率密度型锂电池输出供能，本发明实施例也设计了合理的控制策略，可以满足单一高能量密度型锂电池或高功率密度型锂电池输出供能的同时，还实时利用高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的SOC，将供能过程中多余的电量重新利用，即某一锂电池输出供能时，另一锂电池充电，进一步实现复合电源及能量管理系统中高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的高效利用，从而可以延长电动车的续航时间。

这里，预设高功率阈值可以根据实际需求预先设定，比如本发明实施例可以设定为高能量密度型锂电池的最大工作功率。

进一步地，请参见图5，本发明实施例还提供了另一种复合电源及能量管理系统的控制方法，在图3的基础上，对馈能工作模式提出了一种可选方案，包括：实时检测高能量密度型锂电池的SOC，当检测到的高功率密度型锂电池的SOC达到预设SOC阈值上限，且检测到的高能量密度型锂电池的SOC达到高能量密度型锂电池的预设SOC阈值下限时，控制二极管D3、二极管D4关断，控制二极管D1、开关管SW1、二极管D2、开关管SW2和开关管SW3导通，则高功率密度型锂电池输出供能，同时为高能量密度型锂电池充电，使得复合电源及能量管理系统工作在如图4(d)所示的馈能工作模式。在整个控制过程，除了考虑实时检测到的高功率密度型锂电池的SOC，还综合考虑了高能量密度型锂电池的SOC，高能量密度型锂电池放电时间过久，无法支持供能输出时，切换工作模式，由高功率密度型锂电池供能输出，而高能量密度型锂电池进行充电，从而保证整个复合电源及能量管理系统中，高能量密度型锂电池与高功率密度型锂电池合理工作，可以实现复合电源及能量管理系统中高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的高效利用。

这里，高能量密度型锂电池的预设SOC阈值下限取值为高能量密度型锂电池SOC范围的下限，比如40%。

进一步地，本发明实施例实时检测高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的SOC，以及负载两端的功率，由控制器根据检测到的高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的SOC，以及负载两端的功率生成对应的控制信号，通过控制信号控制开关管SW1、开关管SW2、开关管SW3的关断与导通。具体地：

由上述可以看到，在不同工作模式时，开关管SW1、开关管SW2、开关管SW3的关断与导通需求不同，而这样的需求具体是由当前检测到的高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的SOC，以及负载两端的功率来决定，比如负载两端的功率确定系统处于低功率需求下，检测到的高功率密度型锂电池的SOC未达到高功率密度型锂电池的预设SOC阈值上限时，控制器生成控制开关管SW3关断、开关管SW1导通和开关管SW2导通的控制信号，从而控制系统工作在高能量密度型锂电池通过所述电感L和所述二极管D1升压输出供能，同时通过所述二极管D3为所述高功率密度型锂电池充电的升压充电模式；其他工作模式类似，控制器根据检测到的高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的SOC，以及负载两端的功率生成对应的控制信号，通过这些控制信号控制开关管SW3关断、开关管SW1导通和开关管SW2使系统工作在对应的工作模式下。

综上所述，本发明实施例提出的复合电源及能量管理系统的控制方法，基于上述提出的复合电源及能量管理系统，在复合电源及能量管理系统工作中，通过实时检测高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的SOC，以及负载两端的功率，以确定系统可以工作在哪个工作模式，不同的工作模式对应不同的开关管SW3关断、开关管SW1导通和开关管SW2关断与导通控制策略，通过巧妙地设计这样的控制策略，使得系统可以充分利用高能量密度型锂电池储能容量大、高功率密度型锂电池可实现高功率放电的优势，实现系统中高能量密度型锂电池和高功率密度型锂电池的高效利用，从而可以延长电动车的续航时间；本发明实施例电路设计简单，通过开关管SW3关断、开关管SW1导通和开关管SW2关断与导通进行不同工作模式之间的快速切换，从而保证复合电源及能量管理系统可以稳定工作，提高系统的供电性能。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合电源及能量管理系统，其特征在于，包括：高能量密度型锂电池、高功率密度型锂电池、开关管SW1、开关管SW2、开关管SW3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4和电感L，其中，

所述高能量密度型锂电池的正极和所述二极管D4的正极、所述电感L的一端连接，所述高能量密度型锂电池的负极和所述开关管SW2的第一端、所述二极管D2的正极和所述高功率密度型锂电池的负极连接，所述电感L的另一端与所述开关管SW2的第二端、所述二极管D2的负极、所述开关管SW1的第一端、所述二极管D1的正极连接，所述二极管D4的负极与所述开关管SW1的第二端、所述二极管D1的负极、所述二极管D3的正极和所述开关管SW3的第一端连接，所述二极管D3的负极与所述开关管SW3的第二端和所述高功率密度型锂电池的正极连接，所述开关管SW1的第三端、所述开关管SW2的第三端和所述开关管SW3的第三端均与控制器连接；

其中，通过控制所述开关管SW1、所述开关管SW2、所述开关管SW3的关断与闭合，实现对复合电源及能量管理系统中所述高能量密度型锂电池和所述高功率密度型锂电池的充电与输出供能的能量管理。

2.根据权利要求1所述的复合电源及能量管理系统，其特征在于，还包括SOC获取模块，分别连接于所述高能量密度型锂电池和所述高功率密度型锂电池的两端，用于分别获取所述高能量密度型锂电池和所述高功率密度型锂电池的SOC。

3.根据权利要求2所述的复合电源及能量管理系统，其特征在于，所述高能量密度型锂电池的SOC范围为40%~90%；所述高功率密度型锂电池的SOC范围为50%~90%。

4.根据权利要求3所述的复合电源及能量管理系统，其特征在于，还包括负载功率检测模块，连接于负载两端，用于检测所述负载两端的功率。

5.根据权利要求4所述的复合电源及能量管理系统，其特征在于，所述控制器为ARM控制器，连接所述SOC获取模块和所述负载功率检测模块，用于根据所述高能量密度型锂电池和所述高功率密度型锂电池的SOC，以及所述负载两端的功率生成对应的控制信号，通过所述控制信号控制所述开关管SW1、所述开关管SW2、所述开关管SW3的关断与闭合。

6.根据权利要求5所述的复合电源及能量管理系统，其特征在于，所述高能量密度型锂电池和所述高功率密度型锂电池的充电与输出供能的能量管理包括三种工作模式：协同升压供能工作模式、升压充电与供能工作模式和馈能工作模式；其中，

所述协同升压供能工作模式为所述高能量密度型锂电池和所述高功率密度型锂电池共同输出供能模式；

所述升压充电与供能工作模式为所述高能量密度型锂电池输出供能、所述高功率密度型锂电池充电的工作模式；

所述馈能工作模式为所述高能量密度型锂电池充电、所述高功率密度型锂电池输出供能的工作模式。

7.根据权利要求6所述的复合电源及能量管理系统，其特征在于，在所述升压充电与供能工作模式中，根据获取的所述高能量密度型锂电池和所述高功率密度型锂电池的SOC控制所述高能量密度型锂电池通过所述电感L和所述二极管D1升压输出供能，或通过所述二极管D4直接输出供能。

8.一种复合电源及能量管理系统的控制方法，所述复合电源及能量管理系统为权利要求7所述的复合电源及能量管理系统，对应的控制方法包括：

实时检测负载两端的功率，判断所述负载两端的功率是否到达预设高功率阈值：

若所述负载两端的功率达到预设高功率阈值时，控制所述二极管D1、所述开关管SW1、所述二极管D2、所述开关管SW2和所述开关管SW3导通，控制所述二极管D3和所述二极管D4关断，则所述高能量密度型锂电池通过所述电感L、所述二极管D1升压输出供能，所述高功率密度型锂电池通过所述开关管SW3直接输出供能，使得所述复合电源及能量管理系统工作在协同升压供能工作模式；

若所述负载两端的功率未达到预设高功率阈值时，实时检测所述高功率密度型锂电池的SOC：

若所述高功率密度型锂电池的SOC未达到所述高功率密度型锂电池的预设SOC阈值上限时，控制所述开关管SW3断开和所述二极管D4关断，控制所述二极管D1、所述开关管SW1、所述二极管D2、所述开关管SW2和所述二极管D3导通，则所述高能量密度型锂电池通过所述电感L和所述二极管D1升压输出供能，同时通过所述二极管D3为所述高功率密度型锂电池充电，使得所述复合电源及能量管理系统工作在升压充电与供能工作模式；

若所述高功率密度型锂电池的SOC达到所述预设SOC阈值上限且所述高功率密度型锂电池的SOC未达到100%时，控制所述二极管D1、所述开关管SW1、所述二极管D2、所述开关管SW2和所述开关管SW3关断，控制所述二极管D3和所述二极管D4导通，则所述高能量密度型锂电池通过所述二极管D4直接输出供能，同时通过所述二极管D3为所述高功率密度型锂电池充电，使得所述复合电源及能量管理系统继续工作在升压充电与供能工作模式；

若所述高功率密度型锂电池的SOC达到100%时，控制所述二极管D3、所述二极管D4关断，控制所述二极管D1、所述开关管SW1、所述二极管D2、所述开关管SW2和所述开关管SW3导通，则所述高功率密度型锂电池通过所述开关管SW3直接输出供能，同时通过所述电感L和所述二极管D1为所述高能量密度型锂电池充电，使得所述复合电源及能量管理系统工作在馈能工作模式。

9.根据权利要求8所述的复合电源及能量管理系统的控制方法，其特征在于，还包括：

实时检测所述高能量密度型锂电池的SOC，若检测到的所述高功率密度型锂电池的SOC达到所述预设SOC阈值上限，且检测到的所述高能量密度型锂电池的SOC达到所述高能量密度型锂电池的预设SOC阈值下限时，控制所述二极管D3、所述二极管D4关断，控制所述二极管D1、所述开关管SW1、所述二极管D2、所述开关管SW2和所述开关管SW3导通，则所述高功率密度型锂电池通过所述开关管SW3直接输出供能，同时通过所述电感L和所述二极管D1为所述高能量密度型锂电池充电，使得所述复合电源及能量管理系统工作在馈能工作模式。

10.根据权利要求8所述的复合电源及能量管理系统的控制方法，其特征在于，还包括：

实时检测所述高能量密度型锂电池和所述高功率密度型锂电池的SOC，以及所述负载两端的功率，由控制器根据检测到的所述高能量密度型锂电池和所述高功率密度型锂电池的SOC，以及所述负载两端的功率生成对应的控制信号，通过所述控制信号控制所述开关管SW1、所述开关管SW2、所述开关管SW3的关断与导通。

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