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龙图腾网获悉湖南大学申请的专利集成超级电容储能的脉冲负荷供电系统及其功率控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN118971306B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-19发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411062121.9，技术领域涉及：H02J7/34；该发明授权集成超级电容储能的脉冲负荷供电系统及其功率控制方法是由徐千鸣;陈龙;徐百龙;郭鹏;陈燕东;罗安;胡家瑜;贾英喆;高兵;伍文华;何志兴;周小平;张维尊;王彤;刘国文设计研发完成，并于2024-08-05向国家知识产权局提交的专利申请。

本集成超级电容储能的脉冲负荷供电系统及其功率控制方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种集成超级电容储能的脉冲负荷供电系统及其功率控制方法，包括供电电源、双向DCDC变换器、超级电容、控制上位机、脉冲负载及其驱动电力电子设备，供电电源电连接驱动电力电子设备和双向DCDC变换器，双向DCDC变换器电连接超级电容，脉冲负载电连接驱动电力电子设备；双向DCDC变换器和驱动电力电子设备通信连接控制上位机。本发明在超级电容充电时实现恒定电流、恒定功率及恒定电压的平滑切换，提高了系统的安全稳定性；在超级电容放电时令DCDC变换器工作于电压控制环路，为脉冲负载的工作提供稳定电压。为满足大功率输出场景，可使用多相变换器，所提均流控制方法实现了多相变换器相间参数存在差异时的均流控制，提高了系统的效率以及可靠性。

本发明授权集成超级电容储能的脉冲负荷供电系统及其功率控制方法在权利要求书中公布了：1.一种集成超级电容储能的脉冲负荷供电系统的功率控制方法，其特征在于，所述集成超级电容储能的脉冲负荷供电系统，包括供电电源、双向DCDC变换器、超级电容、控制上位机PC、脉冲负载及脉冲负载的驱动电力电子设备，供电电源电连接脉冲负载的驱动电力电子设备和双向DCDC变换器，双向DCDC变换器电连接超级电容，脉冲负载电连接脉冲负载的驱动电力电子设备；双向DCDC变换器和脉冲负载的驱动电力电子设备通信连接控制上位机PC；所述双向DCDC变换器用于控制超级电容充放电从而为脉冲负载提供所需的峰值功率，所述控制上位机PC用于控制脉冲负载的驱动电力电子设备以及双向DCDC变换器的工作状态，并实现实时状态监测； 所述双向DCDC变换器为双向BuckBoost变换器、双向Cuk变换器或隔离型双向DCDC变换器；所述脉冲负载的驱动电力电子设备为单相半桥变换器、单相全桥DCAC变换器、单相推挽DCAC变换器或DCDC变换器； 所述双向BuckBoost为四相交错并联双向BuckBoost变换器，所述四相交错并联双向BuckBoost变换器包括功率电路模块、隔离电压采样芯片、隔离电流采样芯片、AD转换器芯片、电压比较器、FPGA和隔离式栅极驱动芯片，所述功率电路模块包括高压侧滤波电容CBus，高压侧滤波电容CBus的正极电连接第一开关器件S1的漏极、第三开关器件S3的漏极、第五开关器件S5的漏极和第七开关器件S7的漏极，高压侧滤波电容CBus的负极电连接第二开关器件S2的源极、第四开关器件S4的源极、第六开关器件S6的源极、第八开关器件S8的源极和超级电容CSuper的负极；第二开关器件S2的漏极电连接第一开关器件S1的源极和第四滤波电感L4的一端；第四开关器件S4的漏极电连接第三开关器件S3的源极和第三滤波电感L3的一端；第六开关器件S6的漏极电连接第五开关器件S5的源极和第二滤波电感L2的一端；第八开关器件S8的漏极电连接第七开关器件S7的源极和第一滤波电感L1的一端；第一滤波电感L1的另一端、第二滤波电感L2的另一端、第三滤波电感L3的另一端和第四滤波电感L4的另一端均电连接超级电容CSuper的正极； 所述隔离电压采样芯片和隔离电流采样芯片的采样端电连接超级电容CSuper的正极、第一滤波电感L1的另一端、第二滤波电感L2的另一端、第三滤波电感L3的另一端和第四滤波电感L4的另一端，输出端电连接AD转换器芯片和电压比较器；AD转换器芯片和电压比较器电连接FPGA和隔离式栅极驱动芯片，隔离式栅极驱动芯片电连接第一开关器件S1的栅极、第二开关器件S2的栅极、第三开关器件S3的栅极、第四开关器件S4的栅极、第五开关器件S5的栅极、第六开关器件S6的栅极、第七开关器件S7的栅极和第八开关器件S8的栅极；FPGA通信连接控制上位机PC； 功率电路模块中，相邻半桥电路的PWM控制信号相位差为90°，每个半桥电路的上下桥臂PWM相位差为180°；所述单相全桥DCAC变换器包括直流侧功率解耦电容Ch，直流侧功率解耦电容Ch的正极电连接第九开关器件S9漏极和第十一开关器件S11的漏极，直流侧功率解耦电容Ch的负极电连接第十开关器件S10的源极和第十二开关器件S12的源极；第十开关器件S10的漏极电连接第九开关器件S9的源极和滤波电感Lf的一端，滤波电感Lf的另一端电连接滤波电容Co的正极；第十二开关器件S12的漏极电连接第十一开关器件S11的源极和滤波电容Co的负极； 具体步骤如下：控制上位机PC通过网口控制双向DCDC变换器与单相全桥DCAC变换器的协同工作，首先在系统上电初始化之后，FPGA持续对双向DCDC变换器电压电流采样信号以及保护电路输出信号进行处理，当发生软件或硬件保护时，封锁PWM信号，并通过上传信号至控制上位机PC以控制整体系统装置停机；未发生保护时，通过控制上位机PC对单相全桥DCAC变换器和双向DCDC变换器下发控制信息以控制整体系统装置的运行状态，基于单相全桥DCAC变换器的发波周期设计双向DCDC变换器的BuckBoost模式运行周期，从而控制超级电容充放电周期对单相全桥DCAC变换器进行脉冲功率平抑：当单相全桥DCAC变换器待机时，双向DCDC变换器工作于Buck模式，超级电容充电；当单相全桥DCAC变换器工作时，双向DCDC变换器工作于Boost模式，超级电容放电，若未发生保护且控制上位机PC未下发停机指令，则循环上述超级电容充放电与单相全桥DCAC变换器待机工作过程； 系统工作于超级电容充电和超级电容放电两种工作模式：超级电容充电模式下，单相全桥DCAC变换器不工作，输入供电电源通过双向DCDC变换器的Buck模式以电压环、电流环、功率环竞争的方式实现设定的恒定电流IBuck_L_ref、恒定功率Po_ref和恒定电压VSuper_ref输出的平滑切换，将超级电容充电至设定电压VSuper_ref，并使双向DCDC变换器最终工作于电压环路以维持超级电容电压稳定；超级电容放电模式下，单相全桥DCAC变换器工作，通过环路竞争，双向DCDC变换器的Boost模式工作于电压环路使超级电容快速放电以维持高压侧直流母线电压稳定，和供电电源一起给负载提供峰值功率； 具体步骤如下： 隔离电压采样芯片和隔离电流采样芯片采集的电流、电压信号经过AD转换器芯片转换成采样数字信号传输进入FPGA后，进行数字低通滤波，取滤波后的电压值、电流值分别作为电压环和电流环的反馈信号；当超级电容充电时，双向DCDC变换器工作于Buck模式，设定的VSuper_ref、IBuck_L_ref以及Po_ref通过控制上位机PC下发至FPGA，电压环反馈值为低压端口电压滤波值VSuper，经PI控制器计算得到占空比dv；电流环与功率环的竞争：取minPo_refVSuper,IBuck_L_ref做参考值，min表示取其中的最小值；第一相电感电流滤波值iL1为反馈值，经PI控制器计算得到占空比dpi；电流环、功率环与电压环的竞争：取DBuck＝mindpi,dv做第一开关器件S1、第三开关器件S3、第五开关器件S5和第七开关器件S7的占空比，同步第二开关器件S2、第四开关器件S4、第六开关器件S6和第八开关器件S8的占空比为1-DBuck-Ddead，其中，为防止功率电路模块的上下桥臂同时导通，Ddead为死区占空比；当超级电容放电时，双向DCDC变换器工作于Boost模式，电压环参考值VBus_ref、电流环参考值IBoost_L_ref以及单相功率环参考值Po_ref通过控制上位机PC下发至FPGA，电压环反馈值为高压端口电压滤波值VBus，经PI控制器计算得到占空比dv；电流环与功率环的竞争：取minPo_refVSuper,IBoost_L_ref做参考值，第一相电感电流滤波值iL1为反馈值，经PI控制器计算得到占空比dpi；电流环、功率环与电压环的竞争：取DBoost＝mindpi,dv做第二开关器件S2、第四开关器件S4、第六开关器件S6和第八开关器件S8的占空比，同步第一开关器件S1、第三开关器件S3、第五开关器件S5和第七开关器件S7的占空比为1-DBoost-Ddead；其中，八个开关管的占空比经PWM调制后生成相邻桥臂移相90°，上下桥臂互补且存在死区时间的四相八路PWM信号； 无均流控制的基础上，基于平均电流自动均流法取第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、第三滤波电感L3和第四滤波电感L4的电流平均值为参考值，各电感电流iLn为反馈值，经PI控制器计算出的各相均流占空比diLn与平均值的差值作为各相均流控制环路的输出，各相均流控制环路的输出与无均流控制的竞争控制环路的输出之和作为各相开关器件的占空比；对于BUCK模式：作为第一开关器件S1、第三开关器件S3、第五开关器件S5和第七开关器件S7的占空比，1-Dn-Ddead作为第二开关器件S2、第四开关器件S4、第六开关器件S6和第八开关器件S8的占空比，对于Boost模式：作为第二开关器件S2、第四开关器件S4、第六开关器件S6和第八开关器件S8的占空比，1-Dn-Ddead作为第一开关器件S1、第三开关器件S3、第五开关器件S5和第七开关器件S7的占空比； PI控制器增量Δuk以及输出uk分别为： Δuk＝uk-uk-1＝kp[ek-ek-1]+kiek uk＝uk-1+Δuk 其中，kp、ki分别为PI控制器的比例控制系数和积分控制系数,ek与ek-1分别为当前与上一采样时刻的PI控制器输入误差值，ek＝参考值-反馈值，uk和uk-1分别为当前和上一采样时刻的PI控制器输出控制量，Δuk为输出控制增量；根据直流母线电压VBus设置超级电容充电电压最大值VSupermax＝VSuper_ref以及放电电压最小值VSupermin＝VL，脉冲负载峰值功率Ppulsemax及其脉冲功率占空比Tpulse对超级电容值CSuper提出限制： 第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4、第五开关器件S5、第六开关器件S6、第七开关器件S7、第八开关器件S8、第九开关器件S9、第十开关器件S10、第十一开关器件S11和第十二开关器件S12均为金属氧化物半导体场效应晶体管。

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